Processo de Fundição na Indústria Mecânica

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ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA
PROCESSO DE FABRICAÇÃO I
PROCESSO DE FABRICAÇÃO - FUNDIÇÃO
ENGENHARIA INDUSTRIAL MECÂNICA
PROCESSO DE FABRICAÇÃO I
Definição
Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, no
estado líquido, é vazado em um molde com formato e medidas
correspondentes aos da peça a ser produzida.
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PROCESSO DE FABRICAÇÃO I
Vantagens :
• Obter de maneira econômica peças de geometria complexa;
• Pode ser utilizado materiais ferrosos ou não-ferrosos;
• Permite a obtenção de peças com formas praticamente definidas;
• Produz peças dentro de padrões variados de acabamento e
tolerância dimensional (entre 0,2 e 0,6 mm);
• Produz peças com espessura de parede finas e complexas.
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Desvantagens :
• As peças podem apresentar elevadas tensões residuais e
microporosidade;
• Concentração de impurezas;
• Os equipamentos e acessórios são relativamente caros;
• Geração de gases que podem danificar o acabamento superficial;
• Rechupe (ausência de material por preenchimento incompleto do
molde)
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Alguns produtos obtidos por fundição:
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Etapas do processo de fundição:
• Desenho da peça;
• Projeto do modelo;
• Confecção do modelo (modelagem);
• Confecção do molde (moldagem);
• Confecção de machos (permitir a obtenção de furos);
• Fusão do metal
• Vazamento no molde;
• Limpeza e rebarbação;
• Controle de qualidade.
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Desenho da peças (projeto)
No projeto de uma peça a ser fundida , devem ser considerados os
fenômenos que ocorrem na solidificação do metal ou não metal no
molde, para que eventuais defeitos sejam evitados.
No projeto deve-se ;
• Evitar variações bruscas de seções e cantos vivos;
• Considerar uma espessura mínima de paredes;
• Prever conicidade para melhor confecção do molde.
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Erros de projetos:
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Projeto do modelo
Modelo não é exatamente igual ao formato da peça final porque quando
o metal passa do estado liquido para o solido, ele reduz de tamanho
(contração metálica).
Os modelos podem ser em peça única (para peças grandes) ou
montados em placas (para produção seriada e de peças pequenas).
O modelo pode ser feito em metal como, alumínio, aço, bronze, em
madeira , em cera, em cerâmica, em resina, em isopor e em plástico.
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Tipos de modelo
Isopor Madeira Resina Cera
Cerâmica Plástico Aço Bronze
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Ao realizar o projeto do modelo deve-se considerar:
• Contração do metal a solidificar, o modelo deve ser maior que a
peça;
• Eliminar rebaixos e detalhes que dificultam a montagem;
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• Determinar na localização do macho, que tem a finalidade de 
formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. 
• Prever a colocação dos canais de vazamento.
• Acrescentar sobre-metal para posterior usinagem de acabamento;
• Verificar a divisão do modelo, usar um único plano para dividir a 
seção superior da inferior;
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Confecção do molde (Moldagem)
Molde é o “recipiente” que contém em seu interior a cavidade ou as
cavidades com a forma da peça que será fundida, dentro da(s) qual(is)
será vazado o metal liquido.
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Os moldes podem ser de areia ou metálicos.
Areia :
• Destrutíveis (uma utilização);
• Pode ser reciclado;
• Pouca precisão dimensional.
Metálicos:
• Não destrutíveis;
• Peso das peças e temperatura do metal com limitações;
• Alta precisão dimensional.
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Moldagem em areia
É a mais usada porque os moldes suportam melhor as altas
temperaturas de fusão e a preparação do molde é mais simples,
consiste em compactar a areia sobre um modelo montado em uma caixa
de moldar.
Requisitos do molde :
• Resistência para suportar o peso do metal liquido;
• Resistência à ação erosiva do metal liquido;
• Facilitar a saída de gases gerados para a atmosfera.
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A areia é na verdade uma mistura plásticas de areia (natural ou sintética)
+ argila + H2O + outros aditivos eventuais. Basicamente não necessita
de secagem forçada, sendo curada geralmente ao ar.
Vantagens :
• Baixo custo de materiais e equipamentos de moldes;
• Fabricação de peças de grande porte;
• Grande variedade de metais e ligas podem ser manipulado.
Desvantagens:
• Superfície da peça áspera;
• Precisão dimensional baixa;
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• Alta tolerância de usinagem;
• Granulação grossa;
• Tamanho limitado de espessura da parede.
Areia verde
O que difere é a presença de aditivos na formação da mistura. Os
aditivos mais utilizados são :
• Pó de carvão (melhora acabamento superficial da peça);
• Amido de milho (aumenta a plasticidade);
• Dextrina (aumenta a resistência aos efeitos da expansão térmica da
sílica.
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Areia seca
A areia é levada para uma estufa a cerca de 150°C a 300°C para que
possa ser feita a secagem.
O molde satisfaz algumas propriedades, tais como: Maior resistência
mecânica para suportar a pressão do liquido despejado; geração de
poucos gases; melhor acabamento das peças fundidas; maior
estabilidade.
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Sequência de operação.
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Moldagem em areia-cimento
Tem como vantagens:
• Maior resistência à pressão do metal liquido;
• Maior estabilidade dimensional;
• Maior dureza;
• Melhor acabamento das peças fundidas;
• Empregada para peças medias e grandes.
Composição da areia de moldagem (porcentagem em peso):
Areia silicosa (82%) , Cimento (10%) e Água (8%).
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Moldagem pelo processo de CO2
Os moldes são confeccionados em areia aglomerada com silicato de
sódio (2,5 a 6,0% em peso). Depois de compactados, são submetidos a
um tratamento com CO2, que consiste na passagem de um fluxo desde
gás através de sua seção. A reação entre o CO2, o silicato de sódio e
água resulta em um endurecimento do molde em tempo relativamente
curto, obtendo-se resistência e durezas elevadas.
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Moldagem em molde metálico ou permanente
Mais conhecido é a fundição de lingotes. Normalmente o vazamento do
metal é feito pela parte superior.
Molde permanente por gravidade também é utilizado para vários outros
tipos de peças: o molde é composto de duas ou mais partes que,
quando fechadas, formam a cavidade correspondente à forma da peça
desejada.
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Vantagens (em relação a peças produzidas em molde de areia):
• Maior uniformidade;
• Melhor acabamento superficial;
• Tolerâncias dimensionais mais estreitas;
• Melhores propriedades mecânicas,
Desvantagens:
• Limitado a peças pequenas;
• Custo elevado do molde;
• Formas complexas dificultam o projeto do modelo.
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Fusão - Etapa onde ocorre a fusão do material, pode ser realizada no
forno cubilô, forno de indução ou forno de cadinho.
Vazamento - É o enchimento do molde com metal líquido.
Desmoldagem , limpeza e rebarbação
Após solidificação das peças no interior dos moldes, são feitas as
operações de desmoldagem, corte dos canais, limpeza e rebarbação.
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Desmoldagem - Separação da areia das peças solidificadas
Limpeza - Grosseira, para remoção dos canais e alimentadores (com
serras de fita, discos de corte, maçaricos ou marteletes).
Da superfície, através de jateamento de areia, amboreamento.
Rebarbação - Remoção de rebarbas ou outros excessos de metal na
peça com o emprego de marteletes pneumáticos e
esmeril.
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Controle da qualidade das peças fundidas
É realizado através de :
• Inspeção visual;
• Inspeção dimensional;
• Inspeção metalúrgica;
• Análise da composição química;
• Metalografia;
• Ensaios mecânicos para determinação das propriedades mecânicas;
• Ensaios não-destrutivos (radiografia, ultrassonografia).
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Tipos de fundição 
Fundição por gravidade
Consiste em preencher e solidificar as peças metálicas apenas com a
utilização da força da gravidade sem a utilização de força externa como
é aplicado nos processos de fundição sob pressão e baixa pressão.
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Vantagens:
• Preenchimento é pouco turbulento, minimiza aspiração de ar e
oxidação;
• Permite realização de tratamento térmico e até soldagem nas peças;
• Permite utilização de machos de areia.
Desvantagens :
• Elevado custo dos ferramentais;
• Limitação em relação à geometria de peças;
• Acabamento superficial prejudicado.
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Sob pressão
O metal liquido é forçado (sob pressão) a entrar na cavidade do molde,
chamado neste caso de matriz (metálica, permanente).
Vantagens:
• Produção de formas mais complexas;
• Produção de peças com paredes mais finas;
• Alta capacidade de produção;
• Acabamento superficial de ótima qualidade;
• Matrizes de alta durabilidade.
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Desvantagens:
• Dimensões das peças são limitadas (normalmente < 5 kg);
• Ar retido no interior da matriz pode causar porosidade nas peças;
• Equipamentos e acessórios de alto custo;
• Processo só é empregado para ligas cujas temperaturas de fusão não
são superiores às das ligas à base de cobre.
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Fundição por centrifugação
É um processo de fabricação de tubos, rolos, buchas, onde o aço liquido
é vazado em um molde metálico pré-aquecido e em movimento, se
conformando nas paredes do mesmo em razão deste estar em
movimento circular e sendo exercida sobre o metal a força centrifuga.
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Vantagens
• Produção de formas mais complexas;
• Produção de peças com paredes mais finas;
• Alta capacidade de produção;
• Acabamento superficial de ótima qualidade;
• Matriz de alta durabilidade;
• Permitem aplicação de revestimentos superficiais com pouco preparo
da superfície;
• Algumas ligas, como as de alumínio, apresentam maiores
resistências que se fundidas em areia.
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Fundição em casca
O molde é fabricado a partir de uma mistura de areia e resina
endurecível ao calor que funciona como aglomerante, esta mistura é
colocada sobre um modelo metálico que é aquecido (por volta de
450°C), resultando em uma casca resistente e rígida que formará uma
das metades do molde.
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Fundição em cera perdida
Processo que consiste na fabricação de uma peça preparada em cera,
que é revestida com material cerâmico, formando um molde que após
aquecimento é retirada da cera, fica um molde oco para o
preenchimento do metal liquido.
Usada na fabricação de equipamento médico, odontológico, óptico,
indústria têxtil, joias e bijuterias.
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Vantagens:
•Bom acabamento superficial;
•Fabricação de peças sem linhas de partição;
•Reprodução de detalhes, cantos vivos, paredes finas;
•Flexibilidade de forma;
•Tolerâncias dimensionais apertadas;
Desvantagens:
•Peso limitado, máximo 5kg, devido à elevação do custo;
•Processo oneroso e exigente de obtenção dos modelos.
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Defeitos que ocorrem durante o processo de fundição
Cristalização
Ocorre quando no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias,
a velocidade de crescimento não é uniforme em todas as direções,
variando de acordo com os diferentes eixos cristalográficos, no interior de
um molde o crescimento é limitado pelas paredes deste.
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Os efeitos indesejáveis resultam do fato dessas diagonais constituírem
planos de maior fragilidade de modo que, durante a operação de
conformação mecânica a que essas peças são submetidas
posteriormente, como laminação, podem surgir fissuras que inutilizam o
material.
Esse inconveniente é evitado arredondando-se os cantos.
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Contração do volume
Ocorre durante o processo de solidificação de um liquido metálico em
um molde e no posterior resfriamento até a temperatura ambiente, o
mesmo sofre sucessivamente 3 contrações:
Contração Liquida – é a variação de volume decorrente da contração do
metal liquido pela queda de temperatura até o inicio da solidificação.
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Contração de solidificação – é a variação decorrente da mudança de
estado liquido – solido e ocorre desde o aparecimento do primeiro cristal
solido até a solidificação da última gota de metal liquido.
Contração sólida – variação de volume decorrente da contração do metal
sólido.
Assim a contração volumétrica total pode ser expressa por :
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As contrações no estado liquido e de solidificação devem ser
compensadas pelo uso de um reservatório de metal liquido (massalote).
Já a contração no estado solido deve ser compensada por um acréscimo
nas dimensões do modelo.
Metal 
Liquido
Metal 
Liquido
Metal 
Sólido
Metal 
Sólido
Metal 
Sólido
Metal 
Liquido
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Rechupe
São vazios de diversos tipos e formas nas peças fundidas. Podem ser
internos a peca, rechupes externos (na região dos massalotes) , macro
rechupes micro rechupes (nos espaços interdendríticos) , rechupes
lamelares, etc..
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Para se evitar o rechupe utiliza-se o massalote, que deve atender
geralmente três requisitos fundamentais:
Requisito Térmico - Deve existir um gradiente de temperatura positivo em
direção ao macho, ou seja, o massalote deve ser a último a solidificar.
Requisito Volumétrico - O volume do massalote deve ser suficiente para
compensar as contrações da peça ou secção da peça a qual o mesmo
deve atender.
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Requisito da Distancia - Geralmente aplicado para peças mais
extensas como placas, barras, anéis. Para atender este requisito se
deve verificar a distância máxima de vinte e uma coberturas de cada
massalote para calcular a quantidade de macho. Neste caso cada
massalote deve atender no mínimo ao requisito térmico local e o
volume de todos os massalotes deve atender ao requisito volumétrico
da peça.
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Desprendimento de bolhas ou gases
Para evitar o desprendimento de gases adiciona-se AL no aço.
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Referencias: 
• http://mmborges.com/processos/Conformacao/cont_html/fundicao.htm
• http://www.ibtmoldes.ind.br/pt/modelos-para-fundicao/modelos-de-
madeira.html
• http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo6/Fundicao.pdf
• http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/verran/materiais/Aula_10_Pr
ocessos_de_Moldagem_em_Areia_a_Verde.pdf
• http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM233/Centrifugacao/Fundi%E7%E3o%
20por%20centrifuga%E7%E3o.pdf
• http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/verran/materiais/Aula_07_C
ontra__o_e_Alimenta__o_de_Pe_as_Fundidas.pdf
• http://www.oocities.org/bmiguelabr/processos2.html
• http://www.cimm.com.br/portal/noticia/exibir_noticia/6751-defeitos-de-
solidificacao