aula-fund v13março2014

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Universidade Paulista
Universidade Estadual de Campinas
 A Evolução da Tecnologia e a Administração de Empresas
Prof. Dr.- Eng. Maurício Corrêa
 Processos de Fabricação
Fundição - conceitos, definições e aspectos tecnológicos
Prof. Dr.- Eng. Maurício Corrêa
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Machos e Modelos
 Modelo : É uma “cópia” da peça feita de madeira, metal ou outro material adequado (plásticos, resina epoxi, cera, gesso, etc.) ao redor do qual é compactado o material de moldagem, dando forma à cavidade do molde que receberá o material fundido. O modelo é feito de acordo com o desenho da peça a ser fundida.
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Características dos Modelos
 Aumento nas dimensões para compensar a contração do metal durante seu resfriamento no estado sólido.
 Aumento nas dimensões, de forma a deixar o sobremetal necessário nas superfícies que deverão ser usinadas posteriormente.
 Inclinação nas paredes verticais, chamada de ângulo de saída, para propiciar a fácil retirada do modelo de dentro do molde, sem arrastar areia.
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Características de Machos e Modelos
Tipos de Modelo 
 Modelo Solto Monobloco :É o tipo mais simples. Geralmente apresenta uma superfície plana que servirá de apoio na moldagem. Os canais e massalotes podem ser acrescentados como apêndices ou serem cortados à mão, no molde.
Modelo Solto Monobloco
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Características de Machos e Modelos
Tipos de Modelo 
 Modelo Solto Bipartido : É feito em duas partes que podem ser ou não iguais. A superfície que as separa será a linha de divisão do molde (tampa e fundo da caixa). O alinhamento entre as duas partes do modelo é obtido através de encaixe por cavilhas. 
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Características de Machos e Modelos
Tipos de Modelo 
 Modelo Solto Múltiplo : Este tipo é usado para peças mais complexas onde, para que o modelo seja retirado do molde sem arrastar a areia, há necessidade de sua divisão em três ou mais partes exigindo, portanto, caixas de moldagem com mais de duas partes.
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Características de Machos e Modelos
Tipos de Modelo 
 Modelo Tipo Chapelona : A chapelona consiste de um gabarito, que reproduz uma seção da peça, feito com uma prancha de madeira, reforçada nas beiradas e fixada à uma haste metálica, que permite a obtenção de moldes circulares ao girar-se a prancha em volta da haste. A chapelona é usada para peça de formato circular, que não exijam grande precisão dimensional. 
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Características de Machos e Modelos
Tipos de Modelo 
 Modelo em Placa : Neste caso o modelo é fixado à uma placa, visando, uma maior precisão na moldagem, já que as placas apresentam geralmente pinos ou furos que servem como guias para fixação nas respectivas caixas de moldagem. Além disso, este tipo de modelo permite a utilização de máquinas de moldar, o que resulta em um grande aumento na velocidade de obtenção dos moldes. 
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Características de Machos e Modelos
Comparação das Características de Materiais para Modelos 
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Características de Machos e Modelos
Funções dos Machos
 A função básica de um macho é ocupar espaços no molde, não permitindo a entrada do metal.
 Podem ser usados para completar uma parte mais delicada de um molde, que não poderia ser produzida com areia comum do molde, por ser esta menos resistente que as empregadas na fabricação de machos.
 Os machos são feitos de areias endurecidas e podem ser reforçados com estruturas de arame, quando necessário.
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Características de Machos e Modelos
Funções dos Machos
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Areias de Fundição
Características das Areias para Moldes e Machos
 Moldabilidade: Capacidade que deve ter a areia de moldagem de adotar fielmente a forma do modelo, e de mantê-la durante o processo de fundição. 
 Refratariedade É a capacidade do material de moldagem de resistir à temperatura de vazamento do metal sem que haja fusão dos grãos de areia.
 Estabilidade Térmica Dimensional: O material de Moldagem não deve sofrer variações dimensionais quando submetido às mudanças de temperatura que ocorrem nos moldes por ocasião do vazamento do metal fundido. 
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Areias de Fundição
Características das Areias para Moldes e Machos
 Inércia química em relação ao metal líquido: O material de moldagem não deve reagir com o metal líquido ou com os gases presentes na cavidade do molde. 
 Colapsibilidade e Resistência à quente: A colapsibilidade é a qualidade que deve ter a areia de moldagem de ceder, quando submetida aos esforços resultantes da contração da peça ao solidificar-se. Se o molde (ou o macho) não for colapsível poderá ocorrer o rompimento das peças ou a formação de "trinca à quente”. Entretanto, as paredes do molde e machos devem ter suficiente resistência à quente, para resistir aos esforços devidos ao impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que enche o molde
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Areias de Fundição
Características das Areias para Moldes e Machos
 Permeabilidade aos gases: É a propriedade, que deve ter o molde de deixar passar o ar, os gases e os vapores existentes ou gerados em seu interior, por ocasião do vazamento do metal. Os gases presos no interior dos moldes podem dar origem a defeitos, tais como as cavidades originadas por bolhas.
 Desmoldabilidade:É a facilidade com que se pode retirar uma peça do interior do molde, de modo a obter-se um fundido isento de resíduos e material de moldagem 
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Areias de Fundição
Tipos de Areia para a Confecção de Moldes
 As ligadas naturalmente são compostas basicamente de sílica, argila e água. A sílica (SiO2) tem grãos arredondados de vários tamanhos. Sua permeabilidade diminui quanto mais fino for o grão e quanto mais variados forem os tamanhos de grão 
80 a 95% de silica - ponto de fusão é de 1.650ºC. 
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Areias de Fundição
Tipos de Areia para a Confecção de Moldes
 As areias sintéticas são preparadas à base de areia sílica e um aglomerante mineral, a bentonita. A bentonita é um mineral que se encontra sob forma de um pó finíssimo, que umedecido forma uma massa muito compacta. A quantidade de bentonita para preparação da areia é muito menor que de argila (1 a 5%), o que torna a permeabilidade da areia muito maior. 
 Outros aglomerantes são : Óleos (principalmente óleo de linhaça) e materiais cereais (farinha de trigo, de milho, etc.). conhecidas como areias estufadas
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Areias de Fundição
Tipos de Areia para a Confecção de Moldes
 Silicato sódico + Anidrido Carbônico (CO2) :Consiste em misturar-se sílica seca com um aglutinante a base de silicato sódico, preencher as caixas de machos com este preparado e seca-lo em seguida, de forma contínua, fazendo passar CO2 pela massa.O CO2 provoca uma reação química que endurece a areia pela formação de um gel coloidal de silício.
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Areias de Fundição
Preparação das Areias de Moldes e Machos
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Areias de Fundição
Métodos de Moldagem
 Manual : A moldagem manual é o método mais lento e mais antigo usado para produzir-se um molde, porém ele é ainda usado para moldagem em bancada ou no chão, quando se têm modelos soltos, ou ainda quando se está produzindo peças experimentais ou muito grandes. 
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Areias de Fundição
Métodos de MoldagemMáquina de moldar por impacto e compressão :Nessa máquina todo o conjunto é elevado por um pistão pneumático que o deixa cair no fim do curso, em queda livre, dando-se a compactação da areia através do impacto. Em seguida, é completada a quantidade de areia necessária para encher a caixa e uma prensa termina o trabalho de compactação da areia 
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Areias de Fundição
Métodos de Moldagem
 Máquina de Moldar por Projeção de Areia : Indicada especificamente para peças de grandes dimensões que não podem ser moldadas pelas máquinas de impacto e compressão. Este processo provoca uma certa abrasão no modelo e, portanto é aconselhável que a areia de faceamento seja socada manualmente.
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Sistemas de Alimentação
Sistemas de Alimentação
Deve permitir o enchimento completo da cavidade do molde, prevenindo a ocorrência de defeitos tais como: inclusão de areia ou escória e falhas interna na peça. O sistema deve ser projetado de maneira que a solidificação do metal se processe do ponto mais distante da alimentação para o ponto mais próximo.
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Sistemas de Alimentação
Alimentação por cima
Há a formação de um gradiente favorável de temperatura, porém o jato de metal tende a erodir o fundo do molde.
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Sistemas de Alimentação
Alimentação por baixo
Escoamento laminar do metal e enchimento do molde de baixo para cima, que não causa problemas de erosão. Por outro lado, é mais difícil de ser cavado o canal e o gradiente de temperatura é desfavorável, favorecendo a formação de "rexupe" na peça.
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Definição
Fundição em Casca – Shell Moulding 
 Usa-se um molde de paredes delgadas. Este é uma espécie de envoltório (casca), feito de uma mistura composta de areia de quartzo de granulometria fina aglomerada com resina fenólica ou furânica.
 A mistura tem a propriedade de sinterizar-se formando uma casca permeável, ao entrar em contato com a superfície do modelo metálico aquecido a cerca de 200oC.
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Shell Moulding
Sequência de Fabricação 
 Confecção do modelo em placa : normalmente feito de metal para suportar altas temperaturas e desgastes. Adiciona-se ainda os canais de alimentação, ataque, etc 
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Shell Moulding
Sequência de Fabricação 
 Fixação da placa na máquina : A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 180ºC e 250ºC).
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Shell Moulding
Sequência de Fabricação 
 Carregar reservatório e girar : A placa é colocada na máquina com o reservatório já preparado. Existe o giro e o molde permane em contato com a mistura de 10 a 15 segundos, formando uma parede de 6 a 15mm de espessura.
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Shell Moulding
Sequência de Fabricação 
 Retirada da placa : A placa é retirada da máquina com a camada de material já envolvendo o molde, porém não totalmente dura.
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Shell Moulding
Sequência de Fabricação 
 Finalização do molde : A placa de modelar com a casca formada, é retirada do recipiente e colocada no forno de cocção, onde é mantida durante 30 a 40 segundos a uma temperatura entre 250º a 300ºC (5), sinterizando-se.
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Shell Moulding
Comentários Finais 
 Apresenta bom acabamento superficial e estabilidade dimensional (0,2 a 0,5mm de tolerâncias). 
 Economicamente é mais caro pois necessita de automação, mas este também pode ser um fator vantajoso.
 Esse processo é adequado para peças pequenas (máx 200 kg) e de geometria complexa.
 Existe ainda a possibilidade de se fazer a moldagem a “frio” através do emprego de resinas especiais e catalisadores, entretanto o uso não é recomendado em função do custo e do risco ambiental. 
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Shell Moulding
Comentários Finais 
 Como característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. 
 No caso de peças maiores, os moldes devem ser mergulhados em areia ou granalhas de ferro, ou ainda mantidos entre guarnições metálicas, a fim de contrabalançar a pressão hidrostática exercida pelo metal fundido.
 Esse processo de moldagem permite que os moldes e machos sejam estocados para uso posterior. 
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Definição
Fundição em Molde Permanente 
 Denomina-se fundição em molde permanente a qualquer processo de fundição em que o metal líquido é vertido em molde, geralmente metálico, que possa ser utilizado um grande número de vezes, sendo por isso denominado permanente.
 Existem 2 tipos : por gravidade e sob pressão
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Moldes Permanentes
Fundição em Coquilha 
 Neste processo o molde metálico é cheio unicamente pela ação da gravidade. A matriz (molde) é aberta e fechada manualmente, sendo passível, entretanto, de mecanização. Os machos usados podem ser metálicos ou de areia. Os de areia são usados quando, devido a sua complexidade, fica difícil sua retirada da peça pronta, ou quando não se exige grande precisão e acabamento do furo.
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Moldes Permanentes
Fundição em Coquilha 
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Moldes Permanentes
Fundição em Coquilha 
 Os moldes são geralmente feitos de ferro fundido, aço ou bronze. A vida de um molde varia entre 3.000 a 10.000 peças para fundição de ferro, e pode chegar até 100 mil peças para fundição de metais “moles”.
 O molde deve ser aquecido previamente, a fim de evitar-se o choque térmico que resultaria de um resfriamento muito rápido. É também aplicado um desmoldante interno.
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Moldes Permanentes
Fundição em Coquilha 
 Amplamente usada para metais não ferrosos (chumbo, zinco, alumínio, magnésio, estanho, cobre e suas ligas) e, em menor intensidade, para ferro fundido.
 O tamanho das peça geralmente não ultrapassa 25 Kg, podendo no entanto atingir até cerca de 200 Kg. 
 O acabamento obtido é perfeito, conseguindo-se precisão da ordem de 0,1 mm.
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Moldes Permanentes
Fundição em Coquilha 
 Os gases formados devem escapar do molde através de orifícios capilares colocados na emenda das duas partes do mesmo. 
 A peça deve ser desmoldada imediatamente após a sua solidificação para evitar que sua contração aconteça no interior do molde, o que poderia provocar trincas na peça, pois o molde metálico não é colapsível.
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
 Utiliza-se moldes metálicos pré-aquecidos, também chamados de matrizes, só que a alimentação do metal fundido é feito sob pressão.
 A pressão assegura um bom preenchimento da cavidade do molde com o metal, reproduzindo seções bastante finas e detalhadas, garantindo a isenção de porosidade nas seções da peça. A produtividade desse processo é extremamente elevada, podendo chegar a produzir até 1000 peças por hora.
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
 A matriz, de aço-ferramenta tratado termicamente, é geralmente construída em duas partes hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. O metal é bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até que o metal se solidifique. Então, a matriz é aberta e a peça ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente.© 
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
Máquina de Câmara Quente
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
Máquina de Câmara Quente
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Moldes Permanentes
Fundição sob Pressão 
Máquina de Câmara Fria
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Comentários Finais 
Moldes Permanentes
 peças de ligas como a de alumínio, fundidas sob pressão, apresentam maiores resistências do que as fundidas em areia;
 peças fundidas sob pressão podem receber tratamento de superfície com um mínimo de preparo prévio da superfície;
 possibilidade de produção de peças com formas mais complexas;
 possibilidade de produção de peças com paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas;
 alta capacidade de produção;
 alta durabilidade das matrizes.
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Comentários Finais 
Moldes Permanentes
 limitações no emprego do processo: ele é usado para ligas não-ferrosas, com poucas exceções;
 limitação no peso das peças (raramente superiores a 5 kg.);
 retenção de ar no interior das matrizes, originando peças incompletas e porosidade na peça fundida;
 alto custo do equipamento e dos acessórios, o que limita seu emprego a grandes volumes de produção.
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Centrifugação
Fundição Centrífuga 
 Neste processo o metal líquido é introduzido no molde, que gira com rapidez e, sob a ação da força centrífuga, é lançado contra suas paredes. Desta maneira haverá a formação de uma cavidade interior, de forma cilíndrica, sem necessidade do emprego de machos.
 Existem 2 tipos : vertical e horizontal
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Fundição Centrífuga Vertical
Com o eixo de rotação vertical, a superfície interior da peça não se torna cilíndrica mas sim cônica. Desta forma a parte inferior da peça será mais espessa que a superior, aumentado a desigualdade com o aumento da altura. Daí este processo só ser usado para peça de pequena altura, ou para a produção de um conjunto de pequenas peças, quando então o problema aparecerá apenas no sistema de alimentação 
Centrifugação
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Fundição Centrífuga Horizontal
Com o eixo de rotação na posição horizontal as paredes da peça cilíndrica tornam-se de espessura igual em todo seu comprimento, mas para que isso aconteça é necessário um determinado número de rotações.O número de rotações não deve ser inferior ao dado pela seguinte fórmula:
n > 5520/( γ.R)0,5
Centrifugação
Onde R = raio da peça em [cm}; n = rotação [rpm ] e 
γ = peso específico [g/cm3] 
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Fundição Centrífuga Horizontal
Centrifugação
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Comentários Finais 
 A aplicação mais racional da fundição centrífuga é na elaboração de peças metálicas ocas que têm formas simples de corpos de revolução (tubos, cilindros, blancks para engrenagens, etc.).
 Neste tipo de fundição podem ser usados moldes metálicos ou de areia.
 As peças obtidas através de moldes metálicos, geralmente devem ser submetidas a recozimento para alívio de tensões.
Centrifugação
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Cera Perdida
Fundição por Cera Perdida 
 É um processo de moldagem que utiliza um molde produzido por um modelo de cera, o qual é queimado, antes do vazamento, produzindo a cavidade do molde 
 Tanto o modelo quanto o molde são destruídos após a produção da peça. 
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Cera Perdida
Fundição por Cera Perdida - Sequência 
 A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e dos canais de vazamento.
 Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento 
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Cera Perdida
Fundição por Cera Perdida - Sequência 
 O conjunto é mergulhado na lama refratária. 
 O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam.
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Cera Perdida
Fundição por Cera Perdida - Sequência 
 O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a vácuo. 
 Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças sejam retiradas.
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Comentários Finais 
 Possibilidade de produção em massa de peças de formatos complicados.
 Possibilidade de reprodução de detalhes precisos de construção, cantos vivos, paredes finas etc, com maior precisão dimensional e superficial.
 Possibilidade de utilização de praticamente qualquer metal ou liga.
 Possibilidade de controle rigoroso da estrutura do material fundido de modo a garantir o controle preciso das propriedades mecânicas da peça produzida.
Cera perdida
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FIM !
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Materiais para Modelo
 
Características
 
Madeira
 
Alumínio
 
Aço
 
Plástic
o
 
Usinabilidade
 
E
 
B
 
R
 
B
 
Resistênc
ia ao Desgaste
 
P
 
B
 
E
 
R
 
Resistência Mecânica
 
R
 
B
 
E
 
B
 
Peso (a)
 
E
 
B
 
P
 
B
 
Possibilidade de Reparos
 
E
 
P
 
B
 
R
 
Resistência à Corrosão (b)
 
E
 
E
 
P
 
E
 
Resistência ao Inchamento(b)
 
P
 
E
 
E
 
E
 
 
(Legenda: 
E
 = Excelente; 
B
 = Bom; 
R
 = Regular; 
P
 = Pobre)
 
(a) Como fator de 
fadiga do operador (b) pelo ataque de água
 
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