7_Aula_Processos_Fundição_MD (1)

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Processos Metalúrgicos de Fabricação Processos de Fundição de Molde Dispensável
Prof. Dra. Silvana Verona
Black e Kohser, 2019
Processos Metalúrgicos – 1º/ 2022
UTFPR – DAMEC-PB
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Fundição de Metais
 Fundição de metais é um processo em que o metal fundido flui por gravidade ou outra força para um molde no qual solidifica na forma da cavidade do molde. (Groover, 2010)
 
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Etapas do Processo de Fundição
Setti et al., 2008
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Classificação Processos de Fundição
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Classificação Processos de Fundição
Dependendo as exigências de uma peça fundida, quanto ao seu tamanho, acabamento superficial, precisão dimensional, custos, haverá um processo de fundição mais adequado.
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Classificação Processos de Fundição
Setti, 2010
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Processos de Fundição de Peças
Os Processos de Fundição de Peças apresentam as seguintes vantagens:
  Um dos métodos mais simples, direto e de menor custo para obter produtos metálicos de forma definida.
  Em termos de forma e tamanho (requisitos fundamentais em projetos de componentes) as possibilidades oferecidas são insuperáveis.
  Todos os metais podem ser produzidos. (metais refratários não é a rota mais econômica)
  Alguns metais só podem ser produzidos desta forma. (ferros fundidos )
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Características Processos de Fundição
A qualidade das peças fundidas aumenta no sentido de areia verde, cura frio, areia shell, fundição em cerâmica para fundição em cera perdida (investment cast)
O custo de produção também cresce nesse sentido e de forma bastante acentuada
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Características Processos de Fundição
Os Processos de Fundição de Peças apresentam como principais características que os diferenciam:
  Capacidades  Principais a Serem Observadas:
Material: ligas que podem ser fundidas no processo.
Complexidade de Forma: formas possíveis de serem obtidas pelo processo.
Tamanho de Lote (Número mínimo de peças  adequado ao processo em função do custo ferramental).
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Principais Processos de Fundição de Peças
LEGENDA: AF- Aço Fundido. FF-Ferro Fundido. LA-Ligas de Alumínio. LC- Liga de Cobre; LM-Ligas de Magnésio. LZ-Ligas de Zinco. NR – Ligas não recomendadas para esses processos.
Setti, 2010
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Molde Dispensável e Modelo Permanente
 Molde de Areia Aglomerada
Processo Areia Verde (manual, mecanizada e automatizada)
Processo Silicato-CO2
Processo Areia com Resina (cura frio e Shell Molding)
 Molde de Lama Refratária
Processo Moldagem em Gesso (plaster)
Processo Molde Cerâmico
  Molde de Areia Não Aglomerada
Processo Moldagem a Vácuo
Processos de Fundição de Peças
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Modelos
Tem o formato aproximado da peça​
Serve para construção do molde e suas dimensões deve prever a contração do material durante a solidificação​
Materiais para modelos:​
Madeira: material comum, fácil de trabalhar, mas desgasta​
Metal: material mais caro, mas dura mais tempo​
Plástico: entre metal e madeira​
Isopor​
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Modelos
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Machos
É o modelo em escala natural de superfícies interiores da peça- formar vazios, reentrâncias  e furos​
É inserido na cavidade do molde antes do vazamento​
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Molde – areia verde
É o processo mais utilizado. 
Consiste em compactar, manualmente ou empregando máquinas de moldar, uma mistura  composta essencialmente de areia silicosa, argila e água, sobre o modelo colocado ou montado na caixa de moldar.
Quase todas as ligas podem ser fundidas em areia verde
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Elementos de um Molde de Areia
Black e Kohser, 2019
Flask = Caixa de fundição
Cope = Parte superior da caixa de fundição
Drag = Parte inferior da caixa de fundição
Parting Line = Linha de partição (divide a peça para extração)
Pouring Cup = Bacia de vazamento
Sprue = Canal de descida
Runner = Canal de distribuição
Riser (Feeder) = Massalote
Draft = Ângulo de saída
Core = Macho (faz as cavidades internas nas peças)
Core Print = Marcação de macho (local que prende o macho no molde)
Mold Cavity = Cavidade do molde
Pattern = Modelo
Core Box = Caixa de machos
Casting = Componente Fundido
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Elementos de um Molde de Areia
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Areia para Moldes de Fundição
A areia utilizada para fazer moldes deve ser cuidadosamente preparada se se pretende obter resultados satisfatórios e uniformes. Sílica comum (SiO2), zircônia, olivina e cromita são combinadas com aditivos para satisfazer quatro requisitos:
 Refratariedade é a capacidade de suportar temperaturas elevadas sem derretimento, fratura, ou deterioração.
 Coesão (também referida como ligação): a capacidade de reter uma determinada forma quando embalada num molde.
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Areia para Moldes de Fundição
 Permeabilidade é a capacidade da cavidade do molde, dos gases do molde e do macho(s) de escapar através da areia.
 Colapsabilidade é a capacidade de acomodar a retração do metal após a solidificação e proporcionar a fácil remoção do componente fundido depois da desintegração do molde (shakeout). 
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Tipos de Aglomerantes
Os Principais aglomerantes utilizados nos processos de Fundição de Peças são os seguintes:
  Argila (bentonita sódica ou potássica) com água, utilizada nos processos areia verde. 
  Silicato de Sódio – CO2.
  Resinas Orgânicas: Curadas com temperatura e/ou com catalisadores.
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Tipos de Modelos para Areia a Verde
(a) Modelo de peça única para uma engrenagem de pinhão. (b) Modelo de peça única, mostrando as duas partes juntas e separadas. As porções de cor clara são marcações de macho. (c) e (d) modelo de placa de partida utilizada para produzir duas peças idênticas num única caixa. (Esquerda) lado superior; (Direita) lado inferior.
Black e Kohser, 2019
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Tipos de Caixas de Machos
Wile et al., 1988
Beeley, 2001
Projetos da caixa de Machos: (a) caixa de macho aberta. (b) caixa de macho bipartida com partição vertical, (c) caixa de macho bipartida (horizontal): macho virado para o transportador. (d) machos e respectivas peças fundidas.
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Molde Dispensável e Modelo Permanente
 Molde de Areia Aglomerada
Processo Areia Verde (manual, mecanizada e automatizada)
Processo Silicato-CO2
Processo Areia com Resina (cura frio e Shell Molding)
 Molde de Lama Refratária
Processo Moldagem em Gesso (plaster)
Processo Molde Cerâmico
  Molde de Areia Não Aglomerada
Processo Moldagem a Vácuo
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P1 - Moldagem em Areia - Manual
Kalpakjian e Schmid (2009)
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P1 - Moldagem em Areia - Manual
Black e Kohser, 2019
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P1 - Moldagem em Areia - Manual
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P1 - Moldagem em Areia - Manual
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Reitz, 2014
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
Brown, 2000
Máquina de moldagem Jolt Squeeze
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Moldagem Mecanizada – Jolt Squeeze
P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
Beeley, 2001
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
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Minatti, 2014
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
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Minatti, 2014
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
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Vick, 2014
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P2 - Processo Areia Verde - Mecanizada
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A moldagem mecânica é empregada nas fundições modernas, para produção seriada e produção de moldes e, consequentemente, de peças fundidas, de qualidade superior. 
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P3 - Processo Areia Verde - Automatizada
Beeley, 2001
Disposição esquemática da instalação de moldagem de alta pressão sem caixa de partição vertical (princípio Disamatic). Sequência básica como se mostra: (1) Enchimento e injeção de areia pela tremonha suspensa, (2) compressão de ambas as faces, (3) placa modelo do lado direito retirado e afastado; bloco do molde empurrado para unir com a outra metade do molde para o vazamento.
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Moldagem Automatizada - Disamatic
http://www.youtube.com/watch?v=M9jB6AOBVRc
Disa Industries, 2007
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P3 - Processo Areia Verde - Automatizada
Beeley, 2001
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P3 - Processo Areia Verde - Automatizada
Peças automotivas de grande volume de produção produzidas por Moldagem automatizada Disamatic.
Disa Industries, 2007
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Moldagem Automatizada - Hunter
Hunter, 2008
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Moldagem Automatizada - Hunter
Hunter, 2008
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Moldagem Automatizada - Hunter
Hunter, 2008
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Moldagem Automatizada - Hunter
Hunter, 2008
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Vantagens e Desvantagens da areia verde
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P4 - Areia Silicato – CO2
 No processo areia silicato-CO2, o molde utiliza um sistema ligante à base de silicato de sódio. 
 Este é adicionado à areia na proporção de 3% a 4% em peso, em um misturador.
 A mistura preparada é compactada em torno do modelo e submetida a um tratamento com CO2, de modo que o fluxo de gás atravesse o molde.
 Devido à reação do CO2 com o silicato de sódio, forma-se sílica gel, carbonato de sódio e água, resultando no endurecimento do molde. 
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P4 - Areia Silicato – CO2
Reação silicato de sódio com CO2
 Este processo pode ser utilizado na confecção de moldes e machos. 
 Neste processo a confecção dos moldes é realizada de forma manual.
 Mecanização, principalmente no transporte da areia e na gasagem dos moldes.
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P4 - Areia Silicato – CO2
Principais Vantagens
 materiais não tóxicos, silicato de sódio e CO2 
 operação à temperatura ambiente
Principal Problema
 Dificuldade na desmoldagem das peças, devido à sinterização da sílica gel durante o contato com o metal líquido, o que provoca aumento na resistência do molde dificultando sua quebra.
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P5 - Areia com Resina – Cura Frio
 No processo de cura a frio a aglomeração da areia é promovida por resinas orgânicas que polimerizam em torno dos grãos de areia.
 Sistemas do tipo no bake, cujos sistemas curam pela mistura de duas resinas com a adição de um catalisador como o sistema fenólico-uretânico.
 Resinas curadas a frio com auxílio de um gás (cold box).
 Resinas curadas pelo calor como o processo shell molding 
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P5 - Areia com Resina – Cura Frio
Exemplo de reação de Resina Fenólica
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Mistura Areia Resina: Misturador Batelada
P5 - Areia com Resina – Cura Frio
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Mistura Areia Resina: Misturador Batelada
P5 - Areia com Resina – Cura Frio
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Mistura Areia Resina– Misturador Contínuo
P5 - Areia com Resina – Cura Frio
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Brown, 2000
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Processos Metalúrgicos – 1º/ 2022
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P6 - Processo Areia Resina – Shell Molding
Kalpakjian e Schmid (2009)
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P6 - Etapas do processo – Shell Molding
	A moldagem é feita da seguinte maneira:
Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, são fixados em placas juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores. 
(1) O modelo é colocado sobre uma caixa contendo areia misturada com resina.
(2)  A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250°C).
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P6 - Etapas do processo – Shell Molding
(3) A caixa é invertida para que a mistura de areia e resina caiam sobre o modelo quente, formando uma casca da mistura.
(4) A caixa é reposicionada para que as partículas que não foram curadas caiam.
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P6 - Etapas do processo – Shell Molding
(5) A “cura” da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450ºC.
(6) Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos extratores.
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P6 - Etapas do processo – Shell Molding
	Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades e inserir os machos, se existentes. O vazamento é feito por gravidade.
(6) As duas metades do molde são montadas em uma caixa de metal, apoiados por areia ou granalha e o vazamento é realizado
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P6 - Processo Areia Resina – Shell Molding
Oliveira et al. (2003) 
Fabricação de Girabrequim por Shell Molding
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P6 - Processo Areia Resina – Shell Molding
Beeley, 2001
Black e Kohser, 2019
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P6 – Vantagens e Desvantagens – Shell Molding
Vantagens 
Maior precisão, tolerâncias dimensionais mais apertadas, maior rigor de forma
 Menor rugosidade superficial
 Rapidez de fabrico
 Redução do volume deareias de moldação
 Capacidade de armazenamento das carapaças
 Moldações leves
 Processo mais econômico que os de areia para produção de séries de peças
Desvantagens 
Custo mais elevado das areias pré-revestidas
 Custo mais elevado das placas modelo
 Limitação do processo a peças pequenas e médias (resistência mecânica das carapaças)
 Areias não recicláveis economicamente
 Espessuras mínimas obtidas de 6mm
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P8 - Processo Molde Cerâmico
Kalpakjian e Schmid (2009)
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P8 - Processo Molde Cerâmico
Beeley, 2001
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Molde Dispensável e Modelo Dispensável
Processos de Fundição de Peças
 Molde de Lama Refratária
Investment Casting (Lost Wax)- Cera perdida ou Microfusão.
 Molde de Areia
Processo Molde Cheio (Lost Foam)
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Etapas do Processo Investment Casting
1. Produzir o modelo padrão. 
2. Produzir a matriz padrão (moldes aço é a 1º etapa). 
3. Produzir os modelos de cera. 
4. Montar a árvore (múltiplos modelos com o canal central. 
5. Recobrir a árvore com lama refratária fina. 
6. Recobrir a árvore com lama refratária intermediária e grossa. 
7. Secar o revestimento refratário (parte orgânica da lama). 
8. Remover a cera do molde por meio da fusão. 
9. Aquecer o molde entre 550-1100 ºC (sinterizar a casca).
10.Vazar o metal. 
11. Remover as peças solidificadas do molde (desmoldar) . 
P9 - Investment Casting (Lost Wax)
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P9 - Investment Casting (Lost Wax)
Kalpakjian e Schmid (2009)
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P9 - Investment Casting (Lost Wax)
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P9 - Investment Casting (Lost Wax)
Beeley, 2001
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Investment Casting (Lost Wax)
Beeley, 2001
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Investment Casting (Lost Wax)
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Investment Casting (Lost Wax) - Aplicações
peças para motores de avião, de aço inoxidável, ligas resistentes ao calor etc.; 
sistemas de combustão de aviões, de aço inoxidável, ligas de alumínio e ligas resistentes ao calor; 
instrumentos de controle de aviões, de alumínio e suas ligas, ligas cobre-berílio, ligas de magnésio, de bronze-silício etc.; 
em turbinas a gás, de aço inoxidável, ligas de níquel, ligas resistentes ao calor e ao desgaste etc.; 
em armamentos de pequeno porte, de aços-liga, cobre-berílio etc.;
em máquinas operatrizes e acessórios, em equipamento médico e odontológico; em equipamento óptico, em equipamento para indústria têxtil, em máquinas de escrever e equipamento de escritório, bem como em uma infinidade de outras aplicações. 
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P10 - Processo Molde Cheio (Lost Foam)
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P10 - Processo Molde Cheio (Lost Foam)
Etapas do Processo Lost Foam
1. Produzir as seções do modelo em EPS. 
2. Envelhecer o modelo para permitir contração dimensional. 
3. Montar o modelo (Se ele é composto por múltiplas partes). 
4. Montar a árvore (múltiplos modelos por árvore). 
5. Recobrir a árvore com tinta refratária. 
6. Secar o revestimento. 
7. Compactar (areia) em torno árvore na caixa. 
8. Vazar o metal. 
9. Extrair a árvore da caixa (desmoldar) . 
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P10 - Processo Molde Cheio (Lost Foam)
Etapas do Processo Lost Foam
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Etapas do Processo Lost Foam
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Etapas do Processo Lost Foam
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Beeley, 2001
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Kalpakjian e Schmid (2009)
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Referências
BEELEY, P. Foundry Technology. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2001.
BLACK, J. T.; KOHSER, R. A. DeGarmo’s Materials and Processes in Manufacturing. 13. ed. Hoboken: Wiley, 2019. p. 236-259.
BROWN, J. R. Foseco Ferrous Foundryman’s Handbook. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000.
DISA INDUSTRIES A/S. Disa new generation. Herlev, 2007. Catálogo. 
GROOVER, M. P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems. 4. ed. Hoboken,: John Wiley & Sons, 2010.
HUNTER AUTOMATED MACHINERY CORP. The XL an innovation in matchplate molding technology. Schaumburg, 2008. Catálogo. 
KALPAKJIAN, S.; SCHMID, S. R. Manufacturing Engineering and Technology. 6. ed. New York: Prentice Hall, 2009.
MINATTI FUNDIÇÃO. Moldagem. (2014). Disponível em: <https://minattifundicao.com.br/moldagem/> Acesso em: 14 mar. 2014. 
OLIVEIRA, C. G.; GUESSER, W. L.; BAUMER, I. (2003). O uso da simulação do processo de fundição no desenvolvimento de peças em ferro fundido nodular. IV Seminário de Fundição, Volta Redonda, RJ.
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Referências
REITZ INDÚSTRIA MECÂNICA LTDA. Socadores Pneumáticos. Porto Alegre, 2014. Catálogo.
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Processos Metalúrgicos – 1º/ 2022
UTFPR – DAMEC-PB
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