processos e variáveis de fundição

8/9/2019 Processos e variveis de fundio

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PROCESSOS

E VARIVEIS

DE FUNDIO

Sergio Mazzer Rossitti

maio/1993


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Fundio no uma arte !

um campo do conhecimento tecnolgico, bastante

complexo e com um grande numero de variveis.

Exige pois, do fundidor,o saber e a sensibilidade

de um artista !

Sergio Mazzer Rossittimaio/93


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HISTRIA

Os objetos em metal mais antigos conhecidos at agora datam de 10.000 anos

A.C. Eram pequenos enfeites feitos de cobre nativo e batidos no formatodesejados. No perodo de 5.000 a 3.000 A.C. apareceram os primeiros trabalhoscom cobre fundido sendo os moldes feitos de pedra lascada. Na seqnciainicia-se a Era do Bronze.

O processo de fundio de ferro tem lugar na china em 600 A.C., sendo que oprocesso de fundio em ao bem mais recente, em 1740, atribudo aBenjamin Huntsman da Inglaterra.

Apesar do processo de fundio ser to antigo, novas tecnologias continuam asurgie. A inteno neste trabalho dar uma introduo aos mtodos maisusados na fundio de ferro e ao e suas variveis mais importantes.

I PROCESSOS

Dependendo das exigncias de uma determinada pea fundida,quanto aotamanho, acabamento superficial, preciso dimensional ou custo, haver umdeterminado processo de fundio mais adequado.

Os processos mais comuns so os abaixo descritos, embora existam outros:

a) fundio em areia sinttica tambm chamada areia verde ou areia preta;b) fundio em areia cura-frio;c) fundio em areia Shell;d) fundio em cermica ee) fundio em cera perdida ( tambm conhecido como invesment casting

ou microfuso )

A qualidade de um fundido com relao as caractersticas citadas anteriormente,cresce no sentido da areia sinttica para a microfuso. Porm, o custo tambmcresce neste sentido e de forma bem acentuada. Alm disto, para os processosShell, cermica e micro existe um limitao quanto ao tamanho das peas(normalmente com peso abaixo de 20 kg).

Vamos nos concentrar nos processo de fundio que tm as variveis emcomum, isto : moldagem em areia sinttica, em areia cura frio e em areia shell.Os processo cermico e microfuso apresentam outras caractersticas que nosero aqui referenciadas.


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II VARIAVEIS

Vamos considerar somente algumas das variveis em cada etapa do processoprodutivo e de forma bastante superficial, porm com clareza suficiente parasentirmos o grau de complexidade envolvido na produo de peas fundidas.

1. MODELAO

Material em que o modelo construdo:

- modelos em isopor- modelos em madeira- modelos em plstico (epxi)- modelos em metal (alumnio ferro bronze)

A qualidade e custo crescem em direo ao modelo em metal. Emplacamento do modelo:

- solto- placa nica- placa dupla

1.1 Construo do modelo / caixa de macho:

Contrao a ser usada em cada parte do modelo, se no for a corretacausar desvio dimensional (ferro ou ao?);

diviso do modelo com relao s tcnicas de moldagem; caixas de macho: exemplo para rotores caixa macho monobloco de

maior custo e qualidade ou caixa em setores de menor custo e qualidade; norma de tolerncia para desvio dimensional de fundidos a ser utilizada; sobremetal para usinagem.


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Preparao do modelo para a moldagem.

2 PROJETOO projeto de fundio o conjunto de informaes dispostas num desenhocontendo os dados de numero e posio de massalotes e resfriadores, canais devazamento, respiros, etc.

Massalotes:

So reservatrios de metal liquido que iro compensar a contrao do metal dapea quando da mudana do estado liquido para o slido. Um massalote maldimensionado ir causar um rechupe ou vazio de contrao na pea.

Resfriadores:

So peas metlicas que entraro em contato com a superfcie da pea,acelerando a solidifico naquela posio.So usados para direcionar asolidificao de forma a aumentar a eficincia dos massalotes.


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Respiros:

So canais para sada do ar e dos gases de combusto da resina da areiadurante o vazamento do metal no molde.

Canais de vazamento:So os dutos para levar o metal vindo da panela de vazamento at o interior domolde, que contm a cavidade que ir formar a pea fundida.

Os projetos de peas fundidas em ao so completamente diferentes dosprojetos de peas fundidas em ferro, pela simples razo destas ligas terem umacontrao de solidificao bastante diferentes.

A razo disto que no ferro fundido, durante a solidificao, tm-se aprecipitao de grafita (baixa densidade) compensando parte da contraolquido/slido.

Projeto de fundio feito com o auxlio do simulador de solidificao Magma.


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3 MOLDAGEM

3.1 Areias

Granulometria: refere-se ao tamanho do gro de areia.

EX: 45/50 AFS grossa50/60 AFS mdia90/100 AFS fina

Permeabilidade: refere-se facilidade com que os gases passam pelaareia

areia grossaareia mdiaareia fina

Perda ao fogo: Medida de % de materiais volveis na areia e relacionadacom a resistncia mecnica da areia.

Teor de xido de Ferro: Responsvel pelo aumento da resistncia aquente da areia.

Teor de Umidade: Na areia sinttica, ter influencia na resistnciamecnica da areia e da moldabilidade.

3.2 Resinas

a responsvel pela aglomerao dos gros de areia,conferindo a resistnciamecnica ao molde e macho.

Porcentagem de resina: peso em relao s areias para macho e paramoldes em processos de cura frio e Shell.

Resistncia a frio: resistncia mecnica da areia aglomerada com resinaem temperatura ambiente.

Tempo de Banca: tempo em que se pode trabalhar com a areia aps a

mistura com a resina. Tempo de cura: tempo aps o qual o modelo pode ser extrado.

Resistncia a quente: resistncia mecnica da areia aglomerada comresina durante o preenchimento do molde com metal liquido.

Colapsibilidade: facilidade com que a areia entra em colapso no incio desolidificao do metal dentro do molde.


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3.3 Tintas refratrias:

densidade viscosidade

evoluo de bolhas na queima fixao refratariedade

3.4 Luvas isolantes / exotrmicas:

Revestem o massalote para aumentar sua eficincia trmica.

- exotermia / isolao- grau de segurana (eficincia)

A foto a seguir ilustra a operao de moldagem

Moldagem: detalhe da colocao dos resfriadores, massalotes, respiros e canaisde vazamento


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4 MACHARIA:

Alm das variveis comuns moldagem, na macharia temos um preocupao amais:

A TIRAGEM DOS GASES de queima da resina que aglomera o macho, poisdurante o vazamento, o macho ficar quase completamente envolto em metallquido, restando somente as pores referentes aos apoios (marcaes) domacho no molde.

Uma falha nesta respirao pode causar evoluo explosiva dos gases comconseqente expulso do metal lquido de dentro do molde. Com menorseveridade haver sopros,bolhas, para dentro da pea.

Observaes:MACHO a denominao dada PEA EM AREIA, que ir formar as partes

INTERNAS (vazias) de uma pea fundida.

MOLDE a denominao dada PEA EM AREIA , que ir formar as partesEXTERNAS de uma pea fundida.

A foto a seguir ilustra a operao de macharia no instante em que um machoest sendo removido da caixa de macho.

Macho sendo retirado da caixa aps cura da areia.


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5 FECHAMENTO / VAZAMENTO:

Nesta etapa, os machos sero colocados nos moldes e o conjunto ser fechadopara receber o metal liquido no VAZAMENTO.

Nesta etapa fundamental o controle:

do desencontro das partes que compem o molde e os machos, o queacarretar um desvio dimensional nas peas;

da limpeza dos moldes, para no haver incluses de material estranho aometal;

da sada dos respiros do macho e do molde para no haver evoluo de

gases no interior do molde e conseqentemente porosidade no metal.

O molde composto de duas partes para permitir o assentamento do macho emseu interior. Observar os cordes azuis que so os respiros para a sada dosgases de combusto da resina do macho.


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6 FUSO

Nesta etapa obtm-se o METAL LIQUIDO que ir formar a pea. Para cada ligaexiste uma faixa de composio qumica permitida por norma; fora disto omaterial sucatado.

O metal obtido em fornos de induo eletromagntica a partir de uma misturade sucatas, ferro-ligas e ligas metlicas de composio conhecida, e nesta etapaas variveis so:

composio da carga para se obter a anlise qumica desejada;

limpeza da sucata;

correo da composio qumica do metal para dentro dos limites danorma;

inoculao e nodularizao do metal (para ferros fundidos);

acerto da temperatura do metal liquido para vazamento na panela.

Foto do espectrmetro e analisador de nitrognio e oxignio para controle dacomposio qumica do material sendo produzido.


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7 VAZAMENTO:

O vazamento a operao que compreende a transferncia do metal lquido doforno de induo para o recipiente denominado PANELA que levar o metal at

o molde.

Nesta etapa fundamental o controle:

da limpeza das panela de vazamento, para no haver incluses dematerial refratrio na pea;

da temperatura do metal liquido a ser vazado: se for muito baixa, a peasair com falhas; se for muito alta, ir provocar sinterizao de areia naspeas. Para os ferros varia de 1300 a 1500 C e para aos de 1500 1700 C;

da velocidade de vazamento do metal liquido: se for muito baixa,provocar defeitos de expanso da areia devido irradiao de calor doprprio metal preenchendo o molde; se for muito alta, provocar erosona areia do molde e conseqentemente grande nmero de incluses deareia.

Transferncia do metal lquido do forno para a panela de vazamento


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Instante do vazamento do metal da panela para o molde

8 DESMOLDAGEM:

Aps a entrada e preenchimento do molde com o metal liquido, a pea irsolidificar e esfriar dentro da areia.

A operao da desmoldagem a retirada da pea solidificada de dentro domolde em areia.

importante que isto seja numa temperatura adequada e com manuseio

cuidadoso . Por exemplo: uma pea quente em Ni-Hard se desmoldada aindaquente ir trincar pelo choque trmico com o ar ambiente; da mesma forma irtrincar se sofrer alguma batida durante o manuseio.

Nesta etapa, o nmero da corrida que estava marcado numa etiqueta metlicaparcialmente imersa no canal de vazamento ser puncionado na pea,permitindo a rastreabilidade da mesma a qualquer instante.


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Quebra do molde de areia para a retirada da pea na desmoldagem.

9 CORTE DE CANAIS E MASSALOTES:

Nesta etapa so removidos os canais de vazamento e os massalotes.

A remoo pode ser realizada com corte por disco abrasivo quando o materialno suportar gradientes trmicos elevados, ou por fuso localizada via arc-aircomo mostrado na foto a seguir.

So importantes

Tratamento trmico prvio quando necessrio;

Linha de referncia para corte;

Cuidados para no danificar as identificaes da pea;

Identificao dos canais massalotes para o reaproveitamento posteriordeste material.


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Remoo do massalote com arc-air

10 REBARBAO:

Aps o corte dos massalotes e canais de vazamento, estas reas ficam comacabamento superficial irregular, necessitando uma operao complementarpara a obteno das dimenses originais do modelo.

Neste instante so removidas tambm as rebarbas de metal que no fazemparte da pea final.

Estas operaes envolvem e dependem da habilidade do operador para garantir

as dimenses desejadas na pea acabada.


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Esmerilhamento das rebarbas metlicas e reas de canais e massalotes.

11 TRATAMENTO TERMICO:

Esta etapa, para os ferros fundidos no normalmente necessria, porm seaplica maioria dos aos.

Consiste em aquecer as peas at um determinada temperatura e resfri-lascom uma determinada velocidade.

Para cada liga existe um ciclo trmico especifico.O resultado uma mudana naestrutura interna do material melhorando suas propiedades mecnicas e deresistncia corroso.

So variveis importantes:

o tempo e a temperatura de cada etapa do ciclo trmico

as velocidades de resfriamento

a montagem da carga dentro do forno para no haver empenamentos ougradientes trmicos.


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tratamento trmico de solubilizao: a carga retirada do forno de tratamentotrmico e imediatamente colocada no tanque de gua.

12 INSPEO:Nesta etapa marcam-se os defeitos observados na pea durante os ensaios deinspeo visual, liquido penetrante e partcula magntica, ultra som ouradiografia que no atendem a norma especificada pelo cliente.

Estes defeitos so removidos e reparados por solda, para serem novamenteinspecionados at atenderem os requisitos contratuais

Para que os defeitos relevantes sejam removidos das peas so importantes otreinamento, a percia e a qualificao do inspetor, bem como a qualidade dos

equipamentos usados.


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Vista geral do controle de qualidade: onde temos a elaborao dos relatrios deaprovao, inspeo visual/dimensional e realizao do ensaio de LquidoPenetrante.

Alm da inspeo das peas propriamente ditas, feito tambm a inspeo domaterial quanto s propriedades fsicas (dureza e ensaio de trao) emetalrgicas (ensaio de metalografia, determinao da microestrutura) aps oTratamento Trmico e outros conforme o solicitado pelo cliente


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Equipamento para ensaios fsicos do material: trao e dureza

Equipamento para a determinao da micro estrutura do material


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13 RECUPERAO:

Aps a remoo dos defeitos observados na etapa anterior ser feito arecuperao por solda ( os ferros fundidos NO permitem recuperao ) daspeas. So importantes:

o procedimento de soldagem;

a qualificao dos soldadores;

a qualidade dos eletrodos.

Nos casos necessrios, aps a recuperao far-se- novamente um tratamentotrmico para restaurar-se as propriedades anteriores recuperao.

Reparo por solda com eletrodo revestido


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14 INSPEO FINAL:

Antes da liberao ao cliente, toda a documentao pertinente qualidade erastreabilidade da pea ser comprovada atravs da checagem dos resultadosda analise qumica do metal, das propriedades mecnicas (ensaios de trao,

impacto, dureza, etc), do dimensional da pea (quando solicitado) e demaisrequisitos contratuais.

Estando tudo aprovado emitido o certificado de qualidade e a pea estar disposio do cliente.

Expedio: peas aprovadas aguardando a retirada do cliente.

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