Processos Metalurgicos - Resumo 2

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● FUNDIÇÃO: é um processo onde um metal ou liga metálica, no estado líquido, é vazado em um molde
com formato e medidas da peça a ser produzida.
○ Vantagens:
■ Peças podem ter formas simples e complexas;
■ Dimensões limitadas pelas restrições das instalações;
■ Peças podem ter variados acabamentos;
■ Tolerância dimensional entre ±0.2 e 0.6mm;
■ Economia de peso do material
■ Fundindo 100kg obtenho 50 kg de peça, 50% ótimo
● Classificação dos processos
○ Pelo metal
■ Ferro fundido
■ Aços
■ Não ferrosos
○ Pelo tipo de forno
■ Cubilotê
■ Arco elétrico
■ Indução
■ Resistência elétrica
■ Combustíveis
○ Pelo tipo de molde
■ Colapsáveis (não permanentes)
● Areia
● Casca cerâmica (Shell)
■ Permanentes
● Coquilha metálica
○ Pela técnica
■ Gravidade
■ Baixa pressão
■ Alta pressão
■ Vácuo
■ Centrífuga
● Seleção do processo / fatores a considerar
○ 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.
● Modelo: serve para a construção do molde, suas dimensões devem prever a contração do metal quando
ele se solidificar e necessidade de sobremetal para usinagem posterior da peça. Pode ser é feito de
madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.
● Detalhes da peça a ser fundida
○ Ângulo de saída
■ Orientados em função da linha de apartação (linha divisória do molde)
■ Facilitam a extração do modelo evitando que o molde seja danificado;
■ Ângulos entre 3° e 10º
○ Arredondamento
■ Evitam concentrações de tensões.
■ Reduzem a tendência à formação de pontos quentes (última região a ser solidificada,
propensa a rechupe)
○ Linha de apartação
■ Linha onde o molde é separado, podendo ter mais de uma linha.
● Considerações para uma peça ser fundida
○ Contrações no estado líquido, na solidificação e no estado sólido;
○ Tensões decorrentes da solidificação e do resfriamento;
○ Compensar ou atenuar os efeitos da contração volumétrica durante a solidificação, se a
espessura for desuniforme, onde ela for maior vai solidificar por último, criando rechupe;
○ Evitar tensionamento da peça, causados pelas variações nas taxas de resfriamento;
Meios para reduzir ou prevenir tensões em peças fundidas:
■ Evitar variações bruscas de forma;
■ Evitar ângulos reentrantes;
■ Variações na direção de contração;
■ Evitar multiplicidade de machos;
■ Evitar grandes diferenças entre seções;
■ Expandem sob o efeito do calor e restringem a contração livre;
■ Recozimento para alívio de tensões;
○ Considerar contração no estado sólido e sobremetal de usinagem nas tolerâncias dimensionais
■ As contrações no estado sólido são conhecidas e tabeladas para a maioria das ligas
usadas em fundição.
■ As tolerâncias dimensionais devem ser aproximadamente a metade da máxima contração
estimada para o tipo de metal ou liga envolvida. Não se aplica para peças de grande porte
(acima de 100 Kg), nem para as de projetos complexos.
○ Dimensionais e geometria das peças;
○ Evitar cantos vivos e variações abruptas de seção;
○ Substituir ângulos e cantos vivos por raios de concordância;
○ Reduzir o número de seções que se encontram para formar junções;
○ Projetar as seções com uniformidade de espessura na medida;
○ Proporcionalidade dimensional entre as paredes internas e externas;
○ Saliências, ressaltos e asas não devem ser utilizados a menos que seja absolutamente
necessário.
○ Projete os fundidos usando nervuras e reforços para a obtenção de eficiência máxima
As nervuras apresentam duas funções
■ Aumentar a rigidez da peça fundida.
■ Reduzir o peso e concentrações de massa.
Dimensionamento de Nervuras
■ Dimensionar e espaçamento correto entre nervuras;
■ Dimensionar as nervuras com maior altura (profundidade) do que largura;
■ Nervuras em compressão apresentam maior fator de segurança do que nervuras em
tração;
● AREIA DE FUNDIÇÃO: é um material heterogêneo constituído essencialmente areia base (geralmente
areia silicosa) e um aglomerante, seja mineral (argila) ou orgânico (óleos aglomerantes, derivados de
cereal, etc)
● Classificação das Areias de Fundição
○ Quanto a origem: areia sintética, areia natural e semissintética
○ Quanto ao uso: areia nova e usada
○ Quanto a parte do molde em que é usada: Areia de molde (mais escura) ou de macho (mais
clara). Ambas se subdividem em areia de faceamento e areia de enchimento.
○ Quanto ao estado de umidade: areia verde, barro, areia secada ao ar, areia estufada e areia
secada à chama (skin-dried)
○ Quanto a natureza do metal: areia para ferro fundido, aço carbono, cobre, níque,l etc.
○ Quanto ao tamanho e espessura da peça:
■ Pequena, até 30 kg, espessura até 10mm
■ Média, de 30 a 100 kg, espessura até 25 mm
■ Grande, acima de 100 kg, espessura acima de 25 mm
○ Quanto a granulação (acabamento) de areia e teor de argila (resistência mecânica).
○ Quanto ao aglomerante utilizado: areias aglomeradas com argila, entre as quais a mais usada e a
bentonita; areias aglomeradas com resinas; areias aglomeradas pelo processo silicato – CO2,
areias aglomeradas com cimento.
● Aditivos
○ Carvão: Melhora o acabamento superficial. Deve conter voláteis (carvão mineral).
○ Dextrina: derivado do amido. Aumenta a resistência a seco, porém aumenta a absorção de
umidade.
○ Mogul (farinha de milho): Aumenta a resiliência, trabalhabilidade e resistência a deformação.
○ Breu: confere colabsabilidade, diminui a absorção de água. Permite a reciclagem de areia de
machos.
○ Óleo para machos: Aglomerante para areia de faceamento e de machos.
○ Serragem: para reduzir expansão do molde e facilitar a colapsabilidade
● Características das areias de moldagem
○ Plasticidade econsistência: resistência mecânica e deformação.
○ Moldabilidade: fluxibilidade;
○ Dureza: deformação e dureza;
○ Resistencia: a compressão x deformação
○ Ventilação: permeabilidade
○ Refratariedade: ponto de sinterização
○ Variação dimensional: dilatometria
○ Colapsabilidade.
● MOLDES COLAPSÁVEIS
● Características do molde
○ Resistir de forma a suportar o peso da peça em metal.
○ Resistir a ação erosiva do metal líquido, no caso dos aços a temperatura pode chegar a 1650ºC
○ A construção deve permitir a saída de gases que podem ser geradas no interior do molde
○ A superfície não deve reagir com o metal líquido e produzir defeitos superficiais.
○ Deve acompanhar a dilatação do metal durante a solidificação.
○ Deve ser removida facilmente e permitir a limpeza das paredes da peça.
○ Deve ser econômico, já que grandes quantidades de material refratário são utilizados.
● Areia verde: areia base + aglomerantes (argila, betonita ou caustica)
○ Material de baixo custo
○ Pode ser automatizado obtendo altas taxas de produção.
○ Modelos plásticos ou de madeira podem ser utilizados na moldagem manual ou de baixa
prensagem
○ Moldagem com alta pressão produz acabamento superficial e tolerâncias dimensionais melhores.
○ Se a compactação do molde não for suficiente o dimensional pode ser afetado, além do
acabamento superficial defeituoso.
○ Moldagem com alta pressão deve ser feito em modelos metálicos de maior custo.
● Areia estufada (seca)
○ Não tem umidade, então reações do metal com o molde podem ser eliminadas
○ Moldes mais estáveis melhoram a tolerância dimensional
○ Modelos de madeira ou plástico podem ser utilizados
○ Na produção de peças grandes os modelos são de baixo custo
○ Ideal para baixos volumes de produção
○ Na secagem superficial (skin dried) as diferenças de umidade podem causar distorções
○ O custo da energia para aquecimento pode ser significativo no processo
● PEP-SET
○ É um processo de cura à frio, elaborado com dois tipos de resinas poliméricas parte 1 e parte 2.
○ Um catalisador líquido é adicionado a uma das partes de resina proporcionando um processo de
cura mais lento, o que possibilita um melhor manuseio.
○ Tem como característica o baixo odor e a boa fluidez da areia.
○ O molde ganha resistência mecânica
○ Feito em temperatura ambiente○ Utiliza areia fina
● Lost Foam
○ Peça injetada em isopor
○ Revestida com material cerâmico
○ Colocada em caixa de areia
● Shell Moulding - Moldagem em casca
○ Areia fina recoberta com resina termoendurecivel com catalisador.
○ A areia com resina é colocada sobre os moldes aquecidos.
○ Reação de cura acontece entre 175-370 °C
○ Pode ser necessário aquecimento posterior para completa cura do molde.
○ Espessuras de 10 a 20 mm
○ Pode ser estocada, pois não perde as propriedades mecânicas
○ Não utiliza machos
○ Vantagens
■ Melhor acabamento superficial
■ Maior velocidade de produção quando automatizada.
■ Maior resistência à erosão.
■ Menor quantidade de areia na moldagem.
■ Moldes mais leves.
○ Desvantagens
■ Maior custo de equipamento e modelos.
■ Limitado a peças bipartidas, pequeno e médio porte.
■ Dificulta reciclagem da areia.
■ Resina é tóxica.
■ Problemas ambientais com descarte.
● MACHOS
● Produção de machos
○ Areia + óleo
■ Areia (SiO2) e óleo são misturados e devem ser curados a temperaturas entre 200º e
240ºC
■ Podem ser produzidos em moldes de madeira ou plásticos.
■ Tem boa desmoldagem na maioria dos casos.
■ Consumo de energia para cura e tempo elevado de produção fez com que este método
seja cada vez menos empregado.
■ Elevada produção de gases durante o contato com o metal pode gerar porosidades
● Areia com resina de cura a quente
○ Vantagens
■ Qualidade superficial elevada
■ Tolerâncias dimensional elevada.
■ Podem ser estocados por longos períodos.
■ Processo produtivo
■ Podem ser utilizados outros materiais refratários além da sílica
■ A fabricação de peças ocas reduz o consumo de material
○ Limitações
■ Limitações de tamanho máximo.
■ O processo requer de energia para acontecer (calor).
■ Moldes metálicos de elevado custo são utilizados.
■ Gera grande volume de gases durante a fabricação.
○ Machos são moldados em caixas (box)
■ Warm-box (caixa-morna)
■ Resinas furânicas ou álcool furfurílico
■ Catalisadores: sais de cobre
○ Hot-box (caixa-quente), requer aquecimento posterior à moldagem
■ Resinas fenólicas ou furânicas
■ Catalisadores: cloretos e nitratos
■ Obs.: são resinas similares ao processo moldagem shell
● Areia de cura a frio com gás
○ Muito usado na fabricação de machos
○ Machos moldados em caixas (cold-box)
■ Areia + ligante + gás
● ligante inorgânico
○ Silicato de sódio + CO2
● ligante orgânico
○ Resina Fenoluretânica + vapor de amina (dimetilamina ou trimetilamina) e
Resina Epoxiacrílica + dióxido de enxofre
● Areia + silicato
○ Processo pode ser automatizado e utilizado em altos volumes de produção
○ Duros e rígidos permitem bom acabamento superficial e tolerâncias dimensional.
○ Moldes em madeira ou plástico podem ser utilizados, porém para altos volumes de produção
moldes metálicos devem ser utilizados
○ Tanto peças grandes como pequenas podem ser produzidos neste método
○ Não podem ser armazenados por longos períodos, pois absorvem umidade e perdem resistência
mecânica.
○ Não tem elevada copalsabilidade.
○ Para melhorar a colapsabilidade podem ser adicionados compostos orgânicos, porém geram mais
gases.
○ São muito difíceis de reciclar.
● Areia de cura com gases
○ A areia fica muito fluida, não requer de muita energia para moldagem
○ Colapsabilidade excelente.
○ Alta precisão dimensional.
○ Acabamento superficial excelente
○ Produção rápida pode ser utilizado em altos volumes de produção.
○ Durabilidade alta, podem ser estocadas
○ Moldes devem ser metálicos.
○ Necessários equipamentos dedicados e isolados para reter gases produzidos
○ Ferramentas precisam de geometrias especiais para reter os gases
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● MOLDES PERMANENTES (COQUILHAS)
● Fundição em moldes metálicos por gravidade
○ Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou
mais partes
○ Usado repetidamente para a produção de muitas peças.
○ Podem ser movimentados manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando
máquinas coquilhadeiras.
● Fundição em moldes metálicos sob pressão
○ É utilizada a pressão para a injetar o metal líquido.
● Etapas envolvidas no processo
○ O molde é pintado com pincel ou spray nas superfícies que entrarão em contato com o metal
líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120- 260ºC).
○ Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente.
○ Vazamento da liga e enchimento do molde.
○ Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos
○ Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças.
● Características das peças obtidas
○ Estrutura com grãos mais finos em comparação com as peças fundidas em areia, pois o molde
metálico trasnfere calor mais rápido, assim a peça esfria antes
○ Melhor Acabamento Superficial.
○ Maior Precisão Dimensional.
○ Propriedades Mecânicas Superiores.
● Coquilha
○ Pode produzir de 10.000 até 120.000 peças, após perde precisão dimensional.
○ Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha
■ Revestimento aplicado
■ Material usado na sua fabricação
■ Tamanho e complexidade da peça
■ Liga utilizada
○ Processo que envolve um alto custo inicial: Máquina Coquilhadeira + Moldes
○ Necessidade de utilização de machos
■ Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das
peças.
■ Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos
metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia.
○ Situações que utiliza coquilhas
■ Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades)
■ Altas taxas de produções.
■ Mão de obra menos especializada.
■ Redução no peso da peça.
■ Redução na usinagem
■ Melhor acabamento
○ Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg.
○ Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de
machos, melhor opção pela utilização de Moldes de Areia.
○ Peso máximo por liga para coquilha.
■ Ligas de Alumínio = 14Kg
■ Ligas de Cobre = 10 Kg
■ Ligas de Ferro = 50 Kg