trabalho_fundição de materiais ferrosos e não ferrosos

5/4/2018 Trabalho_Fundi o de Materiais Ferrosos e N o Ferrosos - slidepdf.com

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS

CAMPUS IV - ARAXÁ

CURSO DE ENGENHARIA DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

FFuunnddiiççããoo ddee MMaatteerriiaaiiss FFeerrrroossooss ee NNããoo FFeerrrroossooss Processos de Fabricação

Araxá2011



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Adriano LasmarLeilane MarquesMichelle CintraPaula Gomes

FFuunnddiiççããoo ddee MMaatteerriiaaiiss FFeerrrroossooss ee NNããoo FFeerrrroossooss Processos de Fabricação

Trabalho apresentado ao Centro Federal deEducação Tecnológica de Minas Gerais / Campus

IV – Araxá, como parte dos requisitos para amatéria Processos de Fabricação.

PROFESSOR: ADMILSON VIEIRA DA COSTA

Araxá

2011



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Sumário

Introdução............................................................................................................3

Histórico....................................................................................................3

Obtenção do Aço......................................................................................3

Fundição..............................................................................................................6

Etapas do Processo de Fundição.............................................................6Seleção do Processo................................................................................8Características e Defeitos dos Produtos Fundidos...................................9

Técnicas de Fundição........................................................................................10

Fundição em Areia..................................................................................10Fundição em Casca (Shell Molding).......................................................10Fundição em Moldes Permanentes........................................................11Fundição em Coquilha (Sob Pressão)....................................................12Outros Tipos de Fundição.......................................................................13Avaliação dos Processos de Fundição...................................................14

Teoria da Solidificação.......................................................................................17

Nucleação (início da solidificação)..........................................................17Nucleação Homogênea...........................................................................17

Nucleação heterogênea..........................................................................17Estrutura cristalina...................................................................................18Defeitos na Estrutura Cristalina...............................................................18Desenvolvimentos da Macroestrutura.....................................................19

Aplicações da Fundição.....................................................................................20

Automatização dos processos...........................................................................23

Automação de Câmara Quente...............................................................24Automação de Câmara Fria....................................................................24

Automação de Fundição Sob Pressão (Die Casting)..............................25Automação do Bloco de Motor................................................................25Automação Fundição Coquilhas..............................................................26Limpeza de Coquilha...............................................................................27Controle de Peças Fundidas...................................................................27Processo de Baixa Pressão....................................................................28

Bibliografia.........................................................................................................29



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Introdução

Histórico

O processo de fundição é utilizado pelo homem há mais de 6.000 anos,

iniciando-se com metais de baixo ponto de fusão (Cobre, Bronze) eposteriormente com o ferro. Em fornos rudimentares de pedras e cerâmicas,fundia-se minérios de metais para confecção de armas e adornos.

A fundição foi se desenvolvendo aos poucos, sendo que na Idade Médiaa produção tinha grande importância, especialmente para fins militares. Nessaépoca utilizava-se a “forja catalã”, desenvolvida na Península Ibérica, que consistia basicamente numa lareira industrial. Obtinha-se uma massa pastosacom um tipo grosseiro de ferro fundido pela redução direta do minério.Solidificado, tornava-se frágil e quebradiço, exigindo que os artefatos fossemgrossos e pesados.

Por volta de 1450 iniciou-se a obtenção intermediária do ferro gusa, apartir de temperaturas mais altas e conseqüente absorção de maior quantidadede Carbono. O melhor desempenho mecânico do material obtido permitiu afabricação de armas de fogo (canhões, baionetas, etc.). Mas o grandedesenvolvimento do processo foi impulsionado pela revolução industrialinglesa, que incluiu o coque (derivado do carvão mineral) como substituto docarvão vegetal, fornos elétricos e a mecanização do processo. Ao século XXcoube a tarefa de aperfeiçoar tais desenvolvimentos.

No Brasil, a produção em quantidade de ferro gusa deu-se na segundaguerra mundial (1938-45), quando foi criada a Companhia Siderúrgica Nacionalcom o primeiro alto-forno, como incentivo norte-americano ao apoio de Getúlio

Vargas pró aliados. Hoje conta com grande parque industrial que buscaconstante desenvolvimento frente à concorrência internacional.A fundição se destaca dos outros métodos principais de processos de

fabricação não só por ser um dos mais antigos, mas porque é um dos maisversáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos etamanhos das peças que se pode produzir por esse processo. Pode serconsiderado tanto um processo inicial, produzindo lingotes para laminação eforjamento, quanto intermediário, produzindo peças semi-acabadas quesofrerão posterior usinagem.

Obtenção do Aço

É comum comparar-se as siderúrgicas a cozinhas gigantes. A imagemprocede – como na preparação de um prato, a fabricação do aço requer amistura dos ingredientes em um forno, do qual se retira um produto que é acomposição dos itens iniciais. A diferença principal entre os procedimentos estána ordem de grandeza da temperatura de “cozimento”. Equanto o forno doméstico se limita a poucas centenas de graus Celsius, os alto-fornos dassiderúrgicas rompem a fronteira dos milhares.

O aço é, basicamente, uma liga de ferro com carbono. Para preparar oaço, são três os componentes básicos: minério de ferro, coque e calcário(carbonato de cálcio). O coque é o resíduo resultante do aquecimento docarvão em um equipamento chamado câmara de coqueificação, na ausência



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de oxigênio. Os componentes mais voláteis do carvão (compostos orgânicos – formados por cadeias de carbono – de peso molecular variável) evaporam esofrem decomposição térmica, separando-se da matéria original. O sólido queresta é o coque.

No alto-forno, o coque tem duas funções importantes: é o combustível

(libera energia ao reagir com oxigênio) e “captura” o oxigênio que está associado ao ferro no minério. Assim, obtém-se o ferro livre de oxigênio. Ao sefornecer o aquecimento ao alto-forno, o carbono do coque reage com ooxigênio, gerando monóxido de carbono e intenso calor. Este monóxido então,reage com o oxigênio do minério de ferro. O resultado é o dióxido de carbono,também conhecido como gás carbônico.

O calcário serve para facilitar a separação entre o ferro fundido e aescória (componentes do minério de ferro que não interessam para afabricação do aço). Aquecido, o calcário se decompõe em cal e dióxido decarbono. A cal se incorpora à escória (óxidos de silício e alumínio) e abaixa atemperatura na qual a escória se funde. Ela sai do forno líquida e por cima do

ferro fundido, do qual é separada. Excessos de enxofre no carvão também sãoretirados, em boa parte, pela reação com a cal (forma-se sulfeto de cálcio).

O ferro que sai do alto-forno, ainda impuro e com teor de carbono alto, échamado de ferro gusa. Esse ferro contém manganês, silício, enxofre e outroscontaminantes. Alguns são até desejáveis em certos tipos de aço, mas no gusaestão em proporções descontroladas. O processo de refino mais usado hoje éo de oxigênio básico, ou LD (Lintz-Donavitz, austríacos que o criaram nadécada de 1950). Um carro-torpedo recolhe periodicamente o gusa do altofornoe o leva a um equipamento chamado conversor, onde a temperatura média é1.600°C. Um sopro de oxigênio puro é injetado para dentro do conversor,através de um tubo de aço.

Controlando rigidamente a quantidade de oxigênio, fixa-se o teor deimpurezas que se pretende eliminar. Os contaminantes reagem com o oxigênioe formam compostos voláteis. As reações que acontecem dentro do conversorliberam muita energia. Por isso, o processo se auto-sustenta – é desnecessário“alimentá-lo” com energia externa.O processo do oxigênio básico é umaperfeiçoamento do refino desenvolvido pelo engenheiro inglês HenryBessemer (1812-1898). A diferença fundamental é que Bessemer trabalhavacom fluxos de ar, não de oxigênio puro. Isso fazia aumentar a quantidade denitrogênio do aço, o que o tornava quebradiço. Bessemer sabia que o uso de arcomprometia seu método, mas rendia-se às limitações tecnológicas de sua

época – era impossível obter oxigênio com alta grau de pureza em 1856.O aço líquido é vazado em moldes, nos quais esfria e se solidifica. Daíresultam os lingotes, de massa variável. O lingote irá para processos deconformação mecânica, como forjamento ou laminação, para formar perfisplanos (chapas) e não planos (trilhos, tubos, perfis, etc.).

O conversor produz o aço comum e alguns tipos de aço baixa liga; é umprocesso rápido (± 20 minutos) e de alta produção. Mas quando hánecessidade de um aço com características especiais, como por exemploresistência ao calor, corrosão, impacto e etc., o processo para sua obtenção éfeito em fornos elétricos que atingem temperaturas de até 3.500°C. Issosignifica eliminação de uma maior quantidade de impurezas, principalmente o

“S” (enxofre). O processo é mais lento, porém isso é necessário para os



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elementos de liga adicionados reagirem com o Fe-C, dando origem a um açoespecial, também chamado de aço liga com elevada resistência mecânica.



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Fundição

O processo de fundição consiste em vazar (despejar) metal líquido nummolde contendo uma cavidade com formato e medidas correspondentes aos dapeça a ser fabricada. Não se restringe apenas às ligas de aço, mas a vários

tipos de ligas metálicas, desde que apresentem temperatura de fusão1 nãoelevada e fluidez adequada. Os mais utilizados são: aços, ferros fundidos,alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas.

A fundição permite obter, de modo econômico, peças grandes ou degeometria complexa, sua principal vantagem em relação a outros processos.Porém existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podemapresentar elevadas tensões residuais, microporosidade e variações detamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade,quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação,como conformação a quente.

Existem muitas variantes no processo de fundição (grau de automação,produtividade, precisão dimensional, acabamento superficial, etc.), entretantodestaca-se a influência do tipo de molde nas propriedades físicas do materialesultante. Por exemplo, a taxa de dissipação de calor através do moldedetermina o tamanho final de grão, e portanto a característica de resistênciamecânica da peça. Logo, é o tipo de molde que determina a qualidade da peça.

Por este motivo os processos de fundição são muitas vezesclassificados de acordo com o tipo de molde utilizado. Além disso, podemtambém ser classificados pela força ou pressão usada para preencher o moldecom o metal líquido (por gravidade ou por pressão). Os processos típicospodem ser classificados em cinco grupos:

Tabela 1 – Tipos de Força e Tipos de Molde

Etapas do Processo de Fundição

Apesar do grande número de variantes dos processos de fundição, aobtenção dos diferentes tipos de peças pode ser resumida nas seguintesoperações (processo de fundição por gravidade em areia):

1. Confecção do modelo (modelação): consiste em construir um modelo com oformato da peça a ser fundida. Serve para construção do molde, e suasdimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar, bemcomo um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça (ver tabela ao

lado). Pode ser feito de madeira, metal, plástico, gesso, etc.



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Tabela 2 – Contração em função do material

2. Confecção do molde (moldagem): é o dispositivo no qual o metal fundido écolocado para que se obtenha a peça desejada. É feito de material refratário emoldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com oformato da peça.

Figura 1 –

Moldes Prontos

3. Confecção do macho (macharia): é um dispositivo, também feito derefratário, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias dapeça. São colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para recebero metal líquido.

4. Fusão: aquecimento do metal para fundi-lo, deixando-o em estado líquido.

5. Vazamento: é o enchimento do molde com metal líquido.



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Figura 2 – Vazamento nos moldes

6. Desmoldagem: é a retirada do molde e macho após a solidificação da peça,podendo ser manualmente ou por processos mecânicos.

7. Rebarbação e limpeza: é a retirada dos canais de alimentação4, massalotes

e rebarbas que se formam durante a fundição, além da retirada dasincrustrações do molde na peça fundida, geralmente por meio de jatosabrasivos.

8. Controle de qualidade: verificação da conformidade da peça (ausência dedefeitos).

Seleção do Processo

O tipo de processo a usar deve ser escolhido adequadamente. Os maisimportantes fatores a considerar são:

Quantidade de peças a produzir; Projeto da fundição; Tolerâncias requeridas; Grau de complexidade; Especificação do metal; Acabamento superficial desejado; Custo do ferramental; Comparativo econômico entre usinagem e fundição; Limites financeiros do custo de capital; Requisitos de entrega.



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Características e Defeitos dos Produtos Fundidos

As peças fundidas possuem algumas características inerentes a este processo,tais como:

Sobremetal, que será desbastado na usinagem; Ausência 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 líquido.

Os defeitos mais comuns das peças fundidas são:

Inclusão de material refratário do molde na peça, causando defeitossuperficiais e problemas para usinagem (formam abrasivos para asferramentas da usinagem);

Heterogeneidade na composição da liga metálica, causando oaparecimento de partículas, segregações, etc.;

Rechupe, que é a falta de material causado por projeto de massalotemal feito;

Porosidade, originado nos gases não eliminados durante o processo devazamento e solidificação, causando fragilidade e defeitos superficiais.



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Técnicas de Fundição

Fundição em Areia

Utiliza-se a areia como material de moldagem. A areia deve ser

previamente preparada através de homogeneização. A gravidade é usada paravazamento do metal líquido. O método mais simples de se conformar o molde éconstruí-lo manualmente. Esta é uma prática ainda comum para moldesgrandes, ou quando estão sendo produzidas amostras de fundidos.

Para produção em larga escala são adotados processos automáticos ousemi-automáticos, utilizando máquinas de moldagem. O processo básico defundição em areia apresenta muitas vantagens. Possui grande flexibilidadecomo processo e é simples, econômico e pode ser usado na produção depeças fundidas de grande variedade de tamanhos, desde alguns gramas atévárias toneladas. As perdas de material do molde são pequenas, já que a areiapode ser recuperada. Por outro lado, a fundição em areia não pode serempregada para seções finas ou formatos intrincados, pois a precisãodimensional e o acabamento superficial são geralmente pobres. Em muitoscasos e particularmente com peças fundidas muito grandes, a erosão da facedo molde pelo metal líquido traz sérias dificuldades. Para superar taisproblemas, a maior parte dos desenvolvimentos em fundição em areia tem sidofeita no tocante ao aumento da rigidez dos moldes e machos.

Figura 3 – Fundição em Areia

Fundição em Casca (Shell Molding)

Para peças precisas usa-se resina fenólica para recobrir a areia. Podeser usada onde haja necessidade de melhor acabamento superficial. Nestecaso pode-se aplicar a moldagem manual ou mecanizada.

O processo básico deste processo é:



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1. Criar uma ou duas partes com o desenho desejado;

2. Cobertura dos moldes com a casca composta com areia e resina até a

espessura desejada para resistência ao material fundido e outras

propriedades necessárias;

3. Cura dos moldes à 300 C e retirada das partes (cascas) em bandas;

4. As duas partes são unidas firmemente ate o metal ser vazado;

5. A peça final é removida;

6. Essa técnica pode ser mais econômica que as outras se grande a

quantidade de peças a ser produzida;

7. Cuidados especiais deverão ser tomados para assegurar a saída dos

gases caso seja utilizada areia para melhor acabamento;

8. O método permite a utilização de machos e chapelis em moldes

complexos;

9. Moldes de grafite poderão ser utilizados no caso de materiais que

poderão reagir com outros materiais utilizados para moldes.

Figura 4 – Fundição em Casca (Shell Molding)

Fundição em Moldes Permanentes

O processo é particularmente adequado para a produção em larga

escala de peças fundidas pequenas e simples, sem rebaixos complexos ou



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partes internas intrincadas. Com moldes permanentes obtém-se bomacabamento superficial e alta definição de detalhes.

Figura 5 – Fundição em Moldes Permanentes

Fundição em Coquilha (Sob Pressão)

A fundição sob pressão em matriz metálica difere da fundição em moldepermanente por ser mantida uma pressão positiva sobre o metal no interior domolde e durante a solidificação. A tolerância dimensional e a rugosidadesuperficial desse processo são melhores que em todos os outros. As matrizessão construídas de aço ferramenta de médio carbono, e com refrigeraçãointerna a fim de prolongar sua vida. Podem ser obtidas peças com seçõesbastante finas, devido à injeção sob pressão.

Figura 6 – Fundição em Coquilha (Sob Pressão)



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Figura 7 – Equipamento - Fundição em Coquilha (Sob Pressão)

Outros Tipos de Fundição

Além dos citados, existem outros tipos de fundição tais como a fundiçãocom cera perdida onde o modelo é feito de cera ou de plástico, que sedesintegra quando da confecção do molde em sua etapa de queima paraendurecimento; a fundição com molde cheio onde o modelo é feito de materialcombustível sólido ou material vaporizável (normalmente poliestirenoexpandido). O molde é conformado em tomo deste e o metal líquido é vazadosem a retirada do modelo, o qual vai se decompondo progressivamente até queo metal preencha totalmente o molde.

Figura 8 – Fundição em Cera Perdida

A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e doscanais de vazamento. Os modelos de cera endurecida são montados no canalde alimentação ou vazamento. O conjunto é mergulhado na lama refratária.



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Figura 9 – Equipamento - Fundição em Cera Perdida

O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam. O

molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugaçãoou a vácuo.

Figura 10 – Equipamento - Fundição em Cera Perdida

Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado paraque as peças sejam retiradas. As peças são rebarbadas e limpas.

Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a

dispensar a usinagem devido à qualidade do acabamento de superfície obtido.Mesmo quando a usinagem faz-se necessária, demanda acabamento mínimo eisso reduz os custos de produção. Não se esqueça de que, apesar dasdesvantagens, o que comanda a escolha é, em última análise, o produto quese quer produzir. E, no caso da fundição de precisão, seu emprego é indicadopara aplicações bem específicas que compensam os altos custos da produção.

Avaliação dos Processos de Fundição

A comparação e a avaliação dos diferentes processos de fundiçãodescritos anteriormente tornam-se importantes para a seleção do processo

mais econômico numa dada situação. Não é possível fazer uma avaliaçãoinequívoca, devido ao grande número de variáveis envolvidas. O fator material



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mais importante na escolha do processo de fundição é a temperatura de fusão.Os processos que utilizam material refratário para os moldes (por exemplo,fundição em areia) podem ser usados em uma variedade ilimitada de figas. Poroutro lado, aqueles que requerem molde metálico permanente, ou matriz,devem ser usados normalmente para as ligas de baixo ponto de fusão (figas à

base de alumínio, cobre, magnésio, etc.). Tal limitação é necessária paraassegurar uma vida útil aceitável da matriz. Os processos de fundição sãoextremamente flexíveis quanto ao tamanho e peso das peças, sendo quefundidos com menos de um grama até multas toneladas encontram-se emprodução normal. Os fundidos maiores usam, invariavelmente, o processo defundição em areia ou uma de suas variantes. Os fundidos menores sãoproduzidos mais adequadamente pelo processo em matriz ou por cera perdida,dependendo da figa.

A eficiência dos processos de fundição na reprodução de formascomplexas tridimensionais é de fundamental importância. As formas maiscomplexas requerem o uso de modelos mais caros, tais como os usados em

fundição por cera perdida e em fundição com molde cheio. Os altos custosenvolvidos na manufatura de matrizes metálicas, junto com a necessidade deque o fundido possa ser facilmente desmoldado, colocam restrições nacomplexidade de peças que possam ser produzidas pelos processos de moldepermanente. Apesar disto, as técnicas modernas de fabricação de matrizespermitem produzir regularmente fundidos complexos.

Um dos fatores mais importantes é a espessura mínima da seção quepode ser produzida por um determinado processo. Ela é função tanto doacabamento superficial do molde como do método de alimentação do metallíquido, sendo ainda dependente das limitações envolvidas na conformaçãoda cavidade do molde. Os processos mais capazes de produzir seções finassão aqueles onde o metal líquido é forçado para o interior do molde (fundiçãosob pressão) ou aqueles em que seções finas podem ser moldadas (fundiçãopor cera perdida). Nesse último caso. é necessária alguma forma depressão para assegurar o preenchimento completo do molde.

A precisão dimensional e o acabamento superficial variam grandementede processo para processo. Aqueles que envolvem moldes metálicos tendem aproduzir fundidos com maior precisão.

A tabela a seguir apresenta um sumário da capacidade dos principaisprocessos de fundição. Os processos de fundição também devem seranalisados sob o aspecto econômico. A escolha de um processo de fundição

para uma determinada peça deve levar em conta além dos aspectos técnicos,fatores econômicos tais como:

· Nível de produção em número de peças;· Custo de ferramental de fundição;· Custo do equipamento;· Custo da usinagem para acabamento da peça;· Custos gerais tais como consumo de energia, movimentação, etc..



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Tabela 3 – Fatores de influência na escolha do Processo de Fundição

Figura 11 – Relação qualitativa entre os custos e o número de peças para os diversos

processos de fundição



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Teoria da Solidificação

Um metal no estado sólido possui átomos que vibram com certafrequência em torno de posições geométricas definidas (determinadas pelo tipode arranjo cristalino específico do metal em questão). No estado líquido, tais

átomos, além de vibrarem, não possuem posição definida, pois estão emmovimento dentro do líquido. Por se movimentarem, os átomos no estadolíquido entram em colisão, envolvendo milhares de átomos simultaneamente.Pode-se imaginar que nesta colisão, surge um agrupamento momentâneo deátomos, formando um núcleo , com um dado arranjo atômico (CCC, CFC, HC,etc). O núcleo é um sólido que pode crescer ou se dissolver, dependendo datemperatura do sistema. O crescimento do sólido se dá por migração deátomos do liquido para o sólido, acoplando os átomos nas posições deequilíbrio do reticulado que é específico do metal em questão. A temperaturana qual ocorre equilíbrio termodinâmico entre um sólido e seu respectivolíquido é a temperatura de fusão Contrariamente ao senso comum, tal definiçãonão significa que a solidificação se inicia nesta temperatura. A temperatura sóserá a mesma em apenas em substâncias puras e sistemas eutéticos(perfeitos).

Nucleação (início da solidificação)

A nucleação é um fenômeno que pode ocorrer com a formação denúcleos diretamente a partir do líquido (nucleação homogênea) ou com aformação de núcleos sobre superfícies pré-existentes (nucleação heterogênea),abordadas abaixo:

Nucleação Homogênea

O início da solidificação ocorre com a formação de núcleos sólidosestáveis que posteriormente crescem. Qualquer núcleo momentaneamenteformado com um certo tamanho tende a crescer. Este tamanho mínimo recebeo nome de raio crítico (Rc).

Nucleação Heterogênea

A nucleação heterogênea se dá quando a solidificação ocorre a partir de

superfícies pré-existentes, tais como as paredes do molde ou quando dapresença de substratos, que são partículas sólidas no líquido (impurezas).A figura abaixo ilustra que a superfície a ser criada pela nucleação a partir deum substrato é menor, (comparada a da nucleação homogênea) podendofacilitar o processo pois exige menor energia de interface (barreira energética).Observa-se também que o núcleo resultante da presença de um substratopossui menor volume e portanto menor número de átomos.A presença de qualquer tipo substrato não é garantia de facilitar nucleação,pois depende da tensão superficial entre núcleo e substrato, isto é, depende damolhabilidade entre ambos que, por sua vez, depende da composição químicado núcleo e do substrato. Caso haja molhabilidade entre líquido e substrato, a

energia crítica para nucleação torna-se menor. E então a presença de umsubstrato facilita a nucleação. A presença de um substrato portanto, como



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visto, causa nucleação heterogênea, que se constituirá em defeitomicroestrutural e causará heterogeneidade nas propriedades do material.

Estrutura Cristalina

De uma maneira geral, a matéria sólida possui duas estruturas atômicas:amorfa (sem forma) e cristalina. A estrutura cristalina nada mais é que umarranjo ordenado dos átomos e moléculas que constituem o material. As trêsestruturas mais comuns são:

Cúbica de Corpo Centrado - CCC É constituído por átomos que formam a vértice de um cubo e um átomocentral.Os ferros e aços (com carbono no espaço intersticial) são constituídosassim.

Cúbica de Face Centrada - CFC

É constituído por átomos que formam a vértice de um cubo e um átomo centralem cada uma das oito faces. Os ferros e aços (com carbono no espaçointersticial), acima de certa temperatura (aproximadamente 800°C) sãoconstituídos assim.

Hexagonal Compacta - HC É constituído por átomos que formam o vértice de dois hexágonos, um átomono centro de cada, e três átomos ligando os hexágonos. É a estrutura demuitos metais, como Zinco e Magnésio.

Defeitos na Estrutura Cristalina

Um defeito na estrutura cristalina é uma imperfeição ou um "erro" no arranjoperiódico regular dos átomos em um cristal. Podem envolver umairregularidade na posição dos átomos ou no tipo de átomos. O tipo e o númerode defeitos dependem do material, do meio ambiente, e das circunstâncias sobas quais o cristal é processado. Os tipos de defeitos podem ser classificadoscomo:

Defeitos Pontuais: irregularidades que se estendem sobre somentealguns átomos;

Defeitos Lineares: irregularidades que se estendem através de umaúnica fileira de átomos; Defeitos Planares: irregularidades que se estendem através de um plano

de átomos.

Os tipos e números de defeitos são importantes porque sem sua presença, porexemplo, os metais seriam muito mais resistentes, os cerâmicos seriam muitomais tenazes e os cristais não teriam nenhuma cor.

Defeitos Pontuais Os defeitos pontuais podem ser vazios, ou seja, a ausência de atómo no lugar

que deveria estar, ou presença de um átomo diferente no lugar de um átomo



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ou no espaço intersticial. Como consequência, as ligações atômicas vizinhasnão foram satisfeitas.

Defeitos Lineares

Também chamados de discordâncias, são imperfeições em uma estruturacristalina nas quais uma linha de átomos tem uma estrutura local que difere daestrutura circunvizinha. É causada por forças mecânicas geradas na fabricaçãodo material e tem forte influência nas propriedades mecânicas dos materiais.

Desenvolvimento da Macroestrutura

Os metais líquidos são vazados em moldes para obtenção de peças oulingotes. O lingote passa posteriormente por processos de deformação plásticavisando a produção de chapas, barras, perfis, etc. Os grãos que aparecem naestrutura da peça ou do lingote podem ter diferentes tamanhos dependendo

das taxas de extração de calor e gradientes térmicos em cada momento dasolidificação.

O desenvolvimento da macroestrutura durante a solidificação causadiferentes morfologias de grãos resultantes. Em geral existem três regiões degrãos que se classificam como:

Zona Coquilhada: região de pequenos grãos com orientação cristalinaaleatória, situada na parede do molde. Próximo à parede existe maiortaxa de extração de calor e portanto elevado super-resfriamento, quefavorece a formação destes grãos. Os grãos da zona coquilhadatendem a crescer na direção oposta a da extração de calor. Porémalgumas direções cristalinas apresentam maior velocidade decrescimento que outras;

Zona Colunar: região de grãos alongados, orientados na direção deextração de calor. Os grãos da zona coquilhada que possuem asdireções cristalinas de maiores velocidades de crescimento alinhadascom a direção de extração de calor, apresentam aceleração decrescimento. Esta aceleração gera grãos alongados que compõem azona colunar, situada na posição intermediária entre a parede e o centrodo molde;

Zona Equiaxial: região de pequenos grãos formados no centro do moldecomo resultado da nucleação de cristais ou da migração de fragmentosde grãos colunares (arrastados para o centro por correntes deconvecção no líquido). Nesta região os grãos tendem a ser pequenos,equiaxiais e de orientação cristalina aleatória.



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Aplicações da Fundição

A princípio, qualquer componente produzido em ferro fundido cinzento,nodular e em aço de algumas classes poderia ser produzido por fundiçãocontínua. A tabela abaixo exemplifica usos onde a fundição contínua já

substitui a fundição convencional e alguns perfis de aço. A gama de aplicaçõesé vasta e cobre desde arruelas até corpos de válvulas para circuitoshidráulicos.

Figura 12 - Exemplos de Componentes Hidráulicos

SEGMENTO DE MERCADO COMPONENTES

Hidráulica e Pneumática

Manifolds Êmbolos Tampas de Cilindro Cabeçotes de Cilindro Corpos de Válvula

Vidraria

Moldes Formas Pinos Punções Neck Rings Machos

Máquinas eEquipamentos

Polias

Acoplamentos Roldanas Eixos Réguas Guia Buchas Arruelas Porcas Engrenagens Pinos Contrapesos Mesas Flanges Mancais



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Martelos

Autopeças

Capas de Mancal Distanciadores Êmbolos de Pistão de

Freio Anéis Guias de Válvulas Eixos de comando Sedes de válvula

Outros

Protetores de Termopar Matrizes Retentores Cones Plugs Placas de Válvulas Rolos Para Leito de

Resfriamento Coquilhas

Tabela 4 – Aplicações da Fundição

Aplicação de resíduos de fundição em massa asfáltica, cerâmicavermelha e fritas cerâmicas.

A preocupação com o estado do meio ambiente é crescente,principalmente em função da disponibilidade de recursos tais como energia,matérias primas, áreas para aterros e da preservação do meio natural. Diantedeste panorama as atividades industriais preocupam-se em aperfeiçoar seusprocessos de modo a consumir menos materiais na produção, gerar menorquantidade de resíduos, e aperfeiçoar o aproveitamento de seus subprodutosatravés da valorização de seus resíduos. Além disso, a valorização de resíduospode auxiliar as empresas a reduzirem seus custos tornando-se cada vez maiscompetitivas. Atualmente as indústrias de fundição ou metalúrgicas ainda temuma expressiva contribuição quanto aos impactos gerados pelas suasatividades, seja pelo consumo de uma considerável gama de matérias primas

ou energia, seja pelos impactos ambientais associados principalmente dageração de seus resíduos. Contudo, as fundições têm buscado reverter estepanorama, através da redução na geração de resíduos pela reciclagem ou pelasua reutilização, tornando-se consequentemente mais competitivas. Nestecontexto, este estudo teve como objetivo principal verificar a aplicabilidade deresíduos de fundição em massas asfálticas do tipo CBUQ ? classe C, cerâmicavermelha e fritas cerâmicas.

Os resíduos testados foram areias de fundição geradas nos processosde moldagem, quebra de canais e exaustão. As amostras foram caracterizadasatravés de ensaios de Massa Bruta, FRX, ATD/ATG e DistribuiçãoGranulométrica. Os corpos de prova foram elaborados utilizando-se diferentespercentuais de areia e posteriormente avaliados quanto a propriedades dequalidade (testes específicos de cada aplicação) e ambientais (através de



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ensaios de lixiviação, conforme NBR 10.004/10.005). Os resultados mostraramque é possível utilizar cerca de 10% em massa de resíduos tanto em massasasfálticas quanto em cerâmica vermelha. Quanto à aplicação de resíduos naformulação de fritas cerâmicas, sua utilização está voltada para o uso comoaditivo na formulação de fritas cerâmicas opacas em concentrações entre 30 e

60% em massa, dependendo das exigências estéticas do material a serproduzido.



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Automatização dos Processos

A automatização dos processos proporciona flexibilidade à empresa, oque garante que o processo seja mais rapidamente alterado para garantir aadaptação às mudanças no mercado consumidor. Portanto, quanto mais

automatizado é o processo de fundição, mais rápida será a inserção dosprodutos no mercado, o que significa que a empresa venderá mais e terá umaimagem de competência no mercado frente às concorrentes.

A automatização começa pelo modelo, cujo projeto é feito em programasCAD (Desenho Auxiliado por Computador). Também são utilizados softwaresque simulam o resfriamento dentro do molde, de uma determinada peça,permitindo através da diferenciação de cores, determinar-se a melhorlocalização dos canais de alimentação, massalotes, etc. Dessa forma podemosotimizar o projeto do sistema de alimentação, garantido menor gasto de metal eótima qualidade para a peça.

A construção do modelo, que convencionalmente se confeccionamanualmente, passa a ser feito em centros de usinagem por comandonumérico, que garante maior precisão dimensional, rapidez, facilidade dealteração de projeto e formas mais complexas.

Na confecção dos modelos, até processos mais difíceis para seremautomatizados, como o de areia verde, tem sido atualizados. Existem máquinasque recebem as caixas, preenchem com areia, compactam, posicionam omacho, confeccionam os canais, e fecham a caixa. Ou seja, todo o processoque seria manualmente confeccionado pode ser realizado pela máquina,garantindo maior agilidade.

Na etapa de vazamento, é cada vez mais comum a utilização de braços

mecânicos (hidráulicos), que trazem mais vantagens do que simplesmente arapidez no processo: a segurança ocupacional dos trabalhadores. Dessaforma, evita-se a exposição de funcionários ao calor, repetição monótona daoperação, contato com gases tóxicos, etc.

Enfim, a automatização dos processos de fundição tem sido quesito parasobrevivência de uma indústria. Aquelas que não forem se adequando estão setornando cada vez mais obsoletas e perdem rapidamente o mercado. Para umexemplo de sucesso citamos o exemplo da Fundição Tupy, de Joinville.

Fundada em 1938, produz atualmente meio milhão de tonelada anualem peças de ferro fundido, empregando mais de 8.000 colaboradores eexportando metade de sua produção para países como Estados Unidos,

Alemanha, Inglaterra, Itália, Japão e outros. Um dos segredos de seu sucessoé justamente a automatização. Foi a Tupy, que em 1975 introduziu no Brasil oprocesso de fundição contínua, uma espécie de produção em linha queconsiste em fundir, moldar e conformar o produto final em uma linha deoperações, eliminando tempos intermediários e garantindo controle rigoroso daqualidade do produto. Foram ações corajosas como esta que tornaram a Tupyuma das líderes mundial no segmento.

A experiência de décadas em instalações automatizadas torna aautomação standard um investimento de futuro seguro. O resultado é omelhoramento da qualidade, aumento da produtividade, rentabilidade e umamaior disponibilidade da célula de produção.



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Automação de Câmara Quente

Figura 13 – Automação de Câmara Quente

Robô REIS RV numa máquina de Câmara quente DAW125.

Robô REIS RV colocando uma peça fundida sob pressão em máquinade câmara quente numa prensa de rebarbação REIS.

A automatização de máquinas de câmara quente requer robôs ecomponentes periféricos rápidos e precisos. A REIS satisfaz esses pré-requisitos e oferece menores tempos de ciclo com alta disponibilidade elongevidade dos componentes periféricos.

Automação de Câmara Fria

Figura 14 – Automação de Câmara Fria

Apresentação CAD de uma automatização realizada numa máquina defundição sob pressão de 1000 t com robô de retirada RV, robô de pulverizaçãoRV, prensa de rebarbação SEP13, dispositivos de proteção, separação depeças, resfriamento de peças e controle de peças.

Produção totalmente automática de peças automotivas numa máquinade fundição sob pressão de 1100 t com componentes REIS.



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Figura 15 – Automação de Câmara Fria

Produção de peças de segurança para a indústria automobilística numamáquina de fundição sob pressão com o robô especial da REIS RH. Umasolução de automatização otimizada com um mínimo de espaço requerido..

Automação de Fundição Sob Pressão (Die Casting)

Figura 16 – Die Casting

A REIS fornece completos sistemas turn-key de automação para afundição sob pressão, inclusive a vistora CE

Automação do Bloco de Motor

Figura 17 –

Automação do Bloco do Motor



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Célula de automação completa para a produção de cárter de 4 cilindros.Para esta instalação a REIS forneceu todos os componentes daautomatização, inclusive a tecnologia de rebarbação.

Alimentação dos liner para motor de 4 cilindros em linha, com

aquecimento integrado. Antes da colocação automática, as peças de insertosão aquecidas a 130º.

Prensa de uma coluna em execução C com mesa deslizante-basculantepara a rebarbação totalmente automática de cárter diretamente na máquina defundição.

A fabricação automática de cárter de alumínio requer experiência econfiáveis instalações de fabricação. A REIS oferece soluções com robôslineares ou de braço articulado, de acordo com o desejo do cliente. Importantescomponentes periféricos, aprovados na prática, estão disponíveis para a

colocação das peças de inserto, a retirada, a pulverização, rebarbação,marcação e controle da peça fundida. Com o apoio de simulação, osengenheiros da REIS planejam uma instalação de ciclo otimizado. Ferramentasde visualização apóiam o operador e garantem uma elevada disponibilidade dainstalação.

Automação Fundição Coquilhas

Atualmente, ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de moldefixo e maciço chamado "coquilha" . Trata-se de um sistema onde o metalfundido ou é derramado por gravidade em cavidades mecânicas (negativo) ouformas de metal maciço não aderente à liga fundida.

Figura 18 – Fundição em Coquilhas- Instalações com máquinas basculantes para fundir

Altas exigências à qualidade das peças fundidas requerem umainclinação da máquina para fundir durante o vazamento da massa fundida. AREIS oferece, para essa finalidade, uma função que permite sincronizar amáquina de fundir com o robô durante a operação do vazamento.

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Fundi%C3%A7%C3%A3o_em_coquilha&action=edit&redlink=1

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Limpeza de Coquilha

Figura 19 – Limpeza de Coquilha

Limpeza de coquilha através de jateamento por robô. Baseado naimagem de uma câmera da coquilha, o software “Augmented Reality“ possibilitaa programação intuitiva de trajetórias e de parâmetros. Retrabalhosnecessários em pontos ou trechos definidos podem ser facilmenteselecionados na tela touchscreen, o que reduz significativamente os tempos delimpeza.

Controle de Peças Fundidas

Figura 20 – Controle de Peças Fundidas

Robôs REIS em cabines de raio-X com avaliação automática da imagemdurante o controle de peças de suspensão para a indústria automobilística. Aspeças defeituosas são automaticamente marcadas e eliminadas.



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Processo de Baixa Pressão

Figura 21 – Processo de Baixa Pressão

Automação de máquinas de baixa pressão no processo CPC. As peças

são retiradas por uma garra flexível da máquina de fundir. Um ou mais robôsinterligam a instalação toda, desde a fundição, passando pela usinagem e arebarbação, até a embalagem das peças.



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Bibliografia

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAC_MAA/apostila-sobre-fundicao;

http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico; http://br.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070327140142AANu

omK; http://www.fundjet.com.br/ ; http://marioloureiro.net/tecnica/mecanica/ProcessosFabricoUnivCampina

s.pdf; http://www.norbertocefetsc.pro.br/fundicao.pdf.

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trabalho_fundição de materiais ferrosos e não ferrosos

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