Processos de Fundição: Características e Etapas

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<p>PROCESSOS DE FUNDIÇÃO</p><p>1. Princípio dos processos de fundição</p><p>Moldagem de ligas metálicas no estado líquido.</p><p>2. Exemplos de produtos obtidos</p><p>– lingotes;</p><p>– tarugos;</p><p>– bases de máquinas;</p><p>– carcaças de máquinas;</p><p>– blocos de motores;</p><p>– rodas e polias;</p><p>– estátuas</p><p>3. Características Gerais</p><p>– processo primário (parte da matéria prima bruta): produz lingotes e tarugos</p><p>– processo secundário: produz peças já acabadas ou semi-acabadas</p><p>– muito flexível:</p><p>– formas variadas;</p><p>– tamanhos variando de quilogramas a toneladas;</p><p>– materiais ferrosos (aços, ferros-fundidos) e não-ferrosos (alumínio, cobre, zinco,</p><p>magnésio, estanho, chumbo)</p><p>– normalmente é necessário posterior acabamento e obtenção de detalhes por usinagem</p><p>4. Fenômenos na solidificação do metal</p><p>– cristalização</p><p>– crescimento orientado pode fragilizar as diagonais (solução: arredondar cantos)</p><p>2009A – Fundição – 1</p><p>Nucleação e crescimento de</p><p>grãos cristalinos</p><p>Efeito do crescimento ordenado</p><p>de grãos cristalinos</p><p>– contração de volume (líquida/solidificação/sólida), que pode ocasionar:</p><p>– rechupe ou vazio de chupagem</p><p>– trincas a quente</p><p>– tensões residuais</p><p>– concentração de impurezas (fósforo, enxofre, manganês, silício e carbono). Não é crítico</p><p>porque acúmulo ocorre em regiões centrais (geralmente de baixas tensões)</p><p>– desprendimento de gases CO e CO2: forma bolhas na peça (controlar composição</p><p>química mais rigorosamente, se necessário)</p><p>Perguntas:</p><p>1. Os processos de fundição se classificam como processos primários ou secundários de</p><p>fabricação?</p><p>2009A – Fundição – 2</p><p>2. O que é o rechupe?</p><p>3. Em qual região das peças fundidas há maior probabilidade de acúmulo de impurezas?</p><p>Essas regiões são críticas?</p><p>5. Etapas do processo de fundição</p><p>– desenho da peça</p><p>– projeto do modelo</p><p>– confecção do modelo (modelagem)</p><p>– confecção do molde (moldagem)</p><p>– confecção de machos (permitem a obtenção de furos)</p><p>– fusão do metal</p><p>– vazamento no molde</p><p>– limpeza e rebarbação</p><p>– controle de qualidade</p><p>6. Projeto do Modelo</p><p>– materiais: madeira, alumínio, aço (moldagem em casca), cera (moldagem por cera</p><p>perdida), isopor (moldagem plena);</p><p>– evitar cantos vivos</p><p>– utilizar massalote (cabeça-quente) ou alimentador e geometrias convenientes</p><p>2009A – Fundição – 3</p><p>– considerar contração do metal</p><p>– evitar fissuras de contração;</p><p>– prever diminuição do tamanho da peça em relação ao modelo</p><p>– deixar sobre-metal para posterior usinagem</p><p>– considerar espessura mínima das paredes da peça a ser obtida (dependente da fluidez do</p><p>metal fundido):</p><p>– aproximadamente 3mm em fundição em areia/molde metálico</p><p>– aproximadamente 1mm em fundição sob pressão</p><p>– prever conicidade/ ângulo de saída de 3 graus</p><p>– eliminar rebaixos</p><p>– verificar divisão do modelo</p><p>– prever colocação de canais de vazamento</p><p>– estudar localização dos machos</p><p>2009A – Fundição – 4</p><p>Perguntas:</p><p>4. Por que as peças obtidas por processos de fundição não podem ter cantos vivos?</p><p>5. Como o rechupe pode ser evitado ou controlado?</p><p>6. Por quais motivos deve-se fazer o modelo ou o molde de dimensões maiores que as</p><p>dimensões da peça final quando são utilizados processos de fundição?</p><p>7. O que acontece se as paredes do molde forem muito estreitas (menores que 1 mm, por</p><p>exemplo) ?</p><p>8. O deve ser feito em relação à geometria do modelo para facilitar sua retirada de dentro do</p><p>molde?</p><p>9. Para que servem os machos em processos de fundição?</p><p>7. Molde</p><p>O tipos de moldes distinguem os processos de fundição:</p><p>– molde temporário:</p><p>– molde de areia de fundição (areia verde, areia-seca, areia-cimento);</p><p>– moldagem em casca;</p><p>– fundição por cera perdida;</p><p>– molde permanente:</p><p>– molde metálico;</p><p>– fundição por centrifugação;</p><p>– fundição sob pressão;</p><p>– fundição contínua;</p><p>– moldes mistos: partes permanentes, partes temporárias</p><p>2009A – Fundição – 5</p><p>7.1 Moldes temporários</p><p>7.1.1 Moldagem em areia de fundição</p><p>Molde é composto por caixa de moldagem (metálica) dividida em duas partes (superior e</p><p>inferior), preenchida com areia de fundição.</p><p>Areia de fundição: areia com aglomerantes (argila, breu, outros) e água.</p><p>Forma do molde é obtida em função da forma do modelo.</p><p>Deve-se aplicar desmoldante ao modelo (talco, grafite) para facilitar sua retirada de dentro</p><p>do molde.</p><p>Para retirada da peça é necessário quebrar o molde. Aproximadamente 98% areia pode ser</p><p>reaproveitada.</p><p>2009A – Fundição – 6</p><p>A moldagem em areia pode ser manual, semi-automática ou automática. Pode-se, por</p><p>exemplo, encher a caixa de moldagem e compactar a areia automaticamente.</p><p>2009A – Fundição – 7</p><p>Requisitos dos moldes em areia:</p><p>– resistência mecânica: necessita suportar a pressão do metal líquido</p><p>– resistência ao calor: necessita suportar a altas temperaturas (material deve ser refratário)</p><p>– resistência à erosão: escoamento do metal tende a erodir o molde</p><p>– permeabilidade: permite dissipação de gases, que podem prejudicar acabamento</p><p>– complacência a pequenas deformações: permite ligeira contração da peça</p><p>Tipo de areia limita acabamento superficial das peças:</p><p>– areia verde: mais úmida, pior acabamento (mais barata)</p><p>– areia-seca, areia-cimento: melhor acabamento</p><p>Em uma variação da moldagem em areia, denominada moldagem plena, utilizam-se modelos</p><p>de espuma de poliestireno (isopor). Não é necessário retirar o modelo antes do vazamento do metal</p><p>(é vaporizado ou queimado pelo metal fundido).</p><p>Vantagens: não são necessários ângulos de saída ou cantos arredondados.</p><p>Desvantagem: geração de gases pode piorar acabamento superficial.</p><p>7.1.2 Moldagem em casca (“shell molding”)</p><p>Molde é composto por mistura de areia (mais fina) e resina.</p><p>Possui formato de uma casca, obtido sobre modelo metálico.</p><p>Depois de obtida a forma geométrica, conforme</p><p>o modelo, deve ser feita a cura do molde para garantir</p><p>boa resistência mecânica.</p><p>2009A – Fundição – 8</p><p>Possui melhor acabamento que a moldagem em areia.</p><p>Exige maiores investimentos.</p><p>É mais indicado para peças pequenas e complexas.</p><p>7.1.3 Fundição de cera perdida</p><p>Utilizam-se dois moldes: um para obtenção de modelos em cera e outro para obtenção das</p><p>peças no material desejado.</p><p>O primeiro molde é feito em alumínio ou outro metal que possa ser facilmente trabalhado. Já</p><p>o segundo molde é composto por pasta refratária (areia fina e resina).</p><p>Vantagens:</p><p>– possibilidade de produção em massa de peças complexas</p><p>– permite cantos vivos</p><p>– utilização de qualquer metal ou liga</p><p>– peças praticamente acabadas</p><p>Desvantagens:</p><p>– altos custos</p><p>– limitação a peças pequenas (5 Kg)</p><p>Perguntas</p><p>10. O molde em areia verde é reaproveitável? Quantas peças são obtidas a partir de um</p><p>mesmo molde? Quantos moldes podem ser obtidos a partir de um mesmo modelo?</p><p>2009A – Fundição – 9</p><p>11. Cite pelo menos duas propriedades requisitadas aos moldes em areia.</p><p>12. Quais são as vantagens e desvantagens da moldagem plena (modelo em isopor)?</p><p>13. Quais são as vantagens e desvantagens de processos de fundição em casca?</p><p>14. Quais são as funções de cada um dos dois moldes utilizados na fundição por cera</p><p>perdida?</p><p>7.2 Moldes permanentes</p><p>Fabricados em materiais metálicos.</p><p>Permitem a obtenção de centenas de milhares de peças com um único molde.</p><p>Vantagens: melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais e resistência mecânica.</p><p>Desvantagens: maiores custos (viável para produção seriada), metais para peça devem ter</p><p>ponto de fusão menor que metal dos moldes, possível diminuição da tenacidade do material da peça.</p><p>7.2.1 Moldes metálicos</p><p>– lingoteiras</p><p>2009A – Fundição – 10</p><p>7.2.2 Fundição sob pressão</p><p>Metal líquido é bombeado para o interior de uma matriz (molde).</p><p>Matrizes são refrigeradas a água para aumento da vida útil do molde e resfriamento mais</p><p>rápido da peça em fabricação.</p><p>Vantagens:</p><p>– permite espessuras de paredes da peça mais finas e mais complexas</p><p>– alta capacidade de produção</p><p>– peças praticamente acabadas</p><p>Desvantagens:</p><p>– altos custos</p><p>– apenas peças de pequenas dimensões (normalmente até 5Kg, máximo 25Kg)</p><p>– apenas para ligas de baixo ponto de fusão (zinco, alumínio, cobre, bronze, etc)</p><p>7.2.3 Fundição</p><p>por centrifugação</p><p>– molde possui movimento de rotação</p><p>– mais eficiente que ação exclusiva da gravidade, porém mais caro</p><p>– permite obtenção de tubos sem costura</p><p>Molde pode ser revestido com material cerâmico para possibilitar o processamento de</p><p>materiais metálicos de alto ponto de fusão.</p><p>2009A – Fundição – 11</p><p>Fundição por centrifugação Fundição por centrifugação, tubos sem costura</p><p>7.2.4 Fundição contínua</p><p>Vazamento do metal líquido em matriz prismática vazada.</p><p>Pode-se produzir placas de aço com aproximadamente 2m de largura e 0,2m de espessura.</p><p>Perguntas:</p><p>15. O que é uma lingoteira? Quais são as geometrias comuns de ligoteiras? Como chama o</p><p>produto obtido com o uso de uma lingoteira?</p><p>2009A – Fundição – 12</p><p>16. Quais as influências do uso de molde em materiais metálicos nas peças obtidas por</p><p>fundição?</p><p>17. Qual dos dois processos deve ser mais vantajoso para se fabricar um tipo de peça em</p><p>alumínio com massa de 2,5 Kg numa produtividade de 10000 peças por mês: fundição em areia ou</p><p>fundição sob pressão?</p><p>18. Por que é possível obter peças de paredes mais finas com o processo de fundição sob</p><p>pressão quando comparadas com as obtidas por fundição em areia?</p><p>19. Qual é o efeito da rotação do molde em processos de fundição por centrifugação?</p><p>7.3 Moldes mistos</p><p>Possuem partes em areia e partes em material metálico, possibilitando variação das</p><p>propriedades mecânicas e geométricas (tolerâncias e acabamento superficial) ao longo da mesma</p><p>peça.</p><p>2009A – Fundição – 13</p><p>8. Possíveis defeitos em peças fundidas</p><p>– inclusão de areia do molde nas paredes da peça (prejudicam acabamento superficial e</p><p>podem danificar ferramentas de usinagem em processo posterior)</p><p>– inclusão de partículas duras devido a defeitos de composição da liga metálica (mesmos</p><p>problemas que da inclusão de areia)</p><p>– porosidade superficial ou interna às peças devido à não dissipação de gases</p><p>– rechupe (ausência de material por preenchimento incompleto do molde)</p><p>Perguntas</p><p>20. Quais são as vantagens de utilização de moldes mistos (parte em material temporário,</p><p>parte em material permanente)?</p><p>21. Cite pelo menos dois possíveis defeitos encontrados em peças fundidas.</p><p>22. Apesar de oferecer pior acabamento superficial o método de fundição em areia verde é o</p><p>mais utilizado. Por que?</p><p>23. Faça uma comparação geral entre todos os processos de fundição apresentados.</p><p>2009A – Fundição – 14</p><p>9. Tabela de comparação dos processos de fundição</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>- Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986</p><p>- Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4th ed, Addison Wesley, 2000</p><p>- Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996</p><p>2009A – Fundição – 15</p>