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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Instituto Politécnico de Engenharia Mecânica
Ramon Batista de Araújo
SOLDAGEM E FUNDIÇÃO – ESTUDO BIBLIOGRÁFICO
FUNDIÇÃO / POR PRESSÃO, POR GRAVIDADE EM COQUILHA EM MOLDE PERMANENTE 
Contagem
2015
�
Ramon Batista de Araújo
SOLDAGEM E FUNDIÇÃO – ESTUDO BIBLIOGRÁFICO
FUNDIÇÃO / POR PRESSÃO, POR GRAVIDADE EM COQUILHA EM MOLDE PERMANENTE 
Estudo bibliográfico apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais na disciplina de Soldagem e Fundição lecionada pelo professor Leonel Dimas de Abreu.
Contagem
2015
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Resumo
O presente trabalho apresenta
Palavras-chave: 
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LISTA DE FIGURAS
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Lista de TABELAS
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SUMÁRIO
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1 Introdução
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Fundição sob pressão
Essa técnica, como no processo de fundição em moldes permanentes por gravidade, utiliza moldes metálicos preaquecidos, também chamados matrizes. Neste caso, porém, a alimentação do metal fundido é feita sob pressão. A pressão sobre o metal líquido assegura bom preenchimento do molde com o metal, que perde com rapidez sua fluidez na cavidade do molde de aço. Reproduz, assim, seções bastante finas e assegura a diminuição da porosidade nas seções maciças da peça.
O processo 
A fundição sob pressão é sempre feita por máquinas apropriadas, que fecham e travam as matrizes, injetam o metal sob pressão para dentro dos moldes, enquanto o ar que estava em seu interior é expulso por meio de ventilações especialmente projetadas para esse fim. Com a pressão ainda aplicada, espera-se o metal solidificar. Depois disso a pressão cessa, as matrizes se abrem e o fundido é ejetado através de pinos extratores. As matrizes, enquanto estão abertas, são limpas e lubrificadas para a próxima operação. Máquinas para obtenção de peças por fundição sob pressão Máquina de ação por êmbolo com câmara de compressão quente Esse tipo de máquina (figura XXX) é empregado para obter peças de ligas metá- licas com temperatura de fusão de até cerca de 450 °C (chumbo, estanho, zinco).
Figura XXX Máquina para fundição sob pressão
No recipiente de ferro fundido despeja-se o metal líquido, cuja temperatura é mantida constante por meio de aquecimento do banho. Através do orifício existente no cilindro, o metal líquido enche a cavidade do cilindro e do canal de alimentação. Ligando a máquina, as duas metades da matriz fecham-se, e a boquilha 1 deve ser apertada contra a embocadura do canal de passagem do molde. Com a descida do êmbolo do cilindro pneumático, o metal é pressionado para dentro do molde. Quando a peça se solidifica, o êmbolo levanta-se e o metal líquido desce novamente para seu nível original. A última operação da máquina é a abertura das matrizes e a ejeção da peça. O rendimento dessas máquinas é de até 1000 peças por hora, quando inteiramente automáticas. A pressão sobre o metal varia de 6 a 100 atm. A desvantagem desse tipo de máquina é que suas peças estão em parte mergulhadas no metal fundido, o que limita os metais que podem ser fundidos, uma vez que temperaturas acima de 500 °C favorecem a formação de películas de óxido nas paredes do cilindro, impedindo o livre movimento e causando grande desgaste do cilindro e do êmbolo. Máquina de compressão com câmara móvel, a quente São usadas para peças de ligas metálicas com temperatura de fusão inferior a 650 °C. No recipiente de ferro fundido existe a câmara móvel de compressão, de forma encurvada, semelhante a um “pescoço de cisne”. O rendimento dessa máquina varia de 50 a 500 peças por hora. A pressão de trabalho está entre 10 e 80 atm. Máquinas de ação por êmbolo com câmara fria Utilizadas para ligas de alta temperatura de fusão, tais como as de cobre, ou ligas que desgastam o ferro, como as de alumínio (figuras XXX E XXX).
Figura XXX Máquina de fundição sob pressão de câmara fria
Figura XXX Máquina de fundição sob pressão de câmara fria
O metal fundido é introduzido na máquina por meio de uma colher dosadora. Na câmara de pressão, com a ajuda do êmbolo da prensa hidráulica, o metal em estado pastoso é injetado no molde. Após a solidificação, o êmbolo inferior move-se para cima cortando o excesso de metal, que é extraído da câmara. Depois, o molde abre-se, e a peça moldada é ejetada. A pressão nesse tipo de máquina varia de 200 a 2 000 atm, e seu rendimento é de até 500 peças por hora.
A principal diferença entre os dois conceitos está na posição do cilindro de injeção que no processo em câmara quente fica na vertical e está conectado ao forno, permitindo a injeção direta do metal no interior do molde, já no processo de câmara fria o cilindro de injeção fica na posição horizontal e o metal é dosado na bucha de injeção para ser injetado. As demais características são bastante similares e são descritas a seguir.
Aplicações e vantagens do processo 
Com esse processo são produzidas pequenas peças destinadas à indústria de eletrodomésticos, de automóveis, eletrônica, de aviões etc., a partir de ligas de chumbo, alumínio, estanho, magnésio, cobre e, principalmente, zinco (zamak), por seu baixo custo, baixo ponto de fusão e boas propriedades mecânicas. A peça extraída do molde não exige elaboração mecânica adicional, e podem ser obtidos orifícios finos e roscas de precisão, por causa do excelente acabamento conseguido e da precisão do processo, que varia de 0,1 a 0,01 mm. A estrutura do metal das peças moldadas, como consequência do rápido resfriamento no molde metálico, é de grão fino com elevadas propriedades mecânicas. É possível também obter paredes bastante finas, de até 1 mm de espessura. O peso do fundido é limitado, em geral não passa de 5 kgf. Esse processo é adequado para a produção de grande quantidade de peças; de outra maneira, torna-se antieconômico por causa do preço do ferramental e da maquinaria necessários.
Os metais e ligas que são fundidos sob pressão são alumínio, magnésio cobre, chumbo e zinco. As ligas de zinco, são populares porque elas têm boa resistência à tração e boa ductilidade e grande resistência ao impacto a temperatura normais. Como desvantagens, elas têm baixa resistência a fluência, tornam-se cada vez mais frágeis a temperaturas muito baixas, e são bastante corroídas em alguns ambientes. As ligas de zinco fundem bem em seções mais finas, com contornos agudos, a dimensões mais rigorosas e custo mais baixo de matriz e mais rapidamente, que outras ligas comerciais para fundição sob pressão. Elas podem ser revestidas com facilidade para proteção, assim como para decoração. Uma comparação de diversos metais para fundição sobre pressão é feita na tabela XX.
Tabela xxx. Propriedades típicas de metais fundidos sob pressão
	Tipo
	Resistência à tração (libras por polegada quadrada)
	Limite convencional de escoamento (0,2)
	Alongamento (%)
	Resistência ao impacto Charpy pé-libra
	Dureza Brinell
	Densidade
(lb/polegada cúbica)
	Liga de Zinco (1)
	40.000 a 45.000
	-
	3 a 5
	20
	75 a 85
	0,26
	Liga de alumínio
	30.000 a 40.000
	14.000 a 24.000
	2 a 6
	2 a 10
	60 a 80
	0,098
	Liga de magnésio
	30.000 a 33.000
	21.000
	1 a 3
	1 a 2
	60 a 65
	0,063
	Latão (2)
	45.000 a 60.000
	25.000 a
30.000
	10 a 15
	15
	120 a 130
	0,30
As resistências indicadas são apenas para corpos de prova padrão e não necessariamente para seções de peças fundidas sob pressão.
As propriedades da liga de zinco são brutas de fusão. Alguma diminuição na resistência a tração e no limite de escoamento podem ser esperadas, após o envelhecimento prolongado em depósitos, com leve aumento no alongamento. A resistência ao choque diminui acentuadamente a temperaturas baixas.
Alguns latões especiais podem ter existência a tração até 90.000 libras por polegada quadrada, limite de escoamento de 60.000 libraspor polegada quadrada e alongamento de 8%. 
O alumínio oferece leveza, as peças podem ser utilizadas em uma faixa extensa de temperaturas de operação, e apresentam boa resistência à corrosão em peças fundidas sob pressão. Elas são particularmente recomendadas para contato com alimentos e frutas ácidas.
As ligas de magnésio são especialmente leves e bastante resistentes à corrosão, mas são bastante atacadas por clima tropical úmido e água salgada.
Os latões têm a maior resistência à tração mas não são comumente fundidos sob pressão, porque o seu ponto de fusão alto danifica as matrizes. Em vista disso, o custo de peças de latão fundidas sob pressão é relativamente alto, e elas são usadas apenas quando peças fundidas sob pressão de outros metais não são adequadamente e quando pode-se economizar o suficiente em custo de produção e de usinagem sobre peças fundidas em moldes de gesso ou de areia para pagar o custo das matrizes. 
A indústria automobilística utiliza uma alta porcentagem de peças fundidas sob pressão. Um automóvel médio pode ter de 50 a 150 libras de peças fundidas sob pressão. Peças típicas são encontradas nos cabeçotes de motor, velocímetro, motor do limpador de para brisas, buzinas e decorações. 
A indústria aeronáutica também utiliza muitas peças fundidas sob pressão, a maioria de alumínio e de magnésio, para leveza.
Outras peças fundidas sob preção são encontradas em conjuntos manuais de telefones, máquinas domesticas, máquinas para escritório, peças para banheiro, motores de popa, relógios, joalheria, polias, etc.
Figura XXX. Exemplo de bloco de motor para automóveis fundidos sob pressão
Acabamentos de peças fundidas sob pressão
O metal líquido, forçado em uma da cavidade de matriz, sob alta pressão, introduz-se nas juntas das divisões, em volta dos pinos ejetores, nos ladrões e em quaisquer fendas. As folgas nas matrizes são mantidas tão pequenas quanto possível, e o metal nas fendas solidifica em extrusões finas e frágeis chamadas rebarbas. A rebarba, assim como canais de descida, de distribuição. Etc., devem ser removidos a fim de acabar a peça. Na produção em grande escala de uma peça de forma adequada, a rebarba pode ser removida imediatamente em uma matriz aparadora, em uma prensa. Para pequenas sérias de produção, o excesso de metal pode ser quebrado a mão e as arestas limpas por limagem, polimento, etc. 
As dimensões podem ser mantidas com precisão suficiente por fundição sob pressão para a maioria das aplicações, e apenas um mínimo de usinagem é usualmente necessário. Algumas superfícies, como filete de rosca em furos pequenos, podem ser obtidas mais facilmente usinado do que por fundição. A usinagem de peças fundidas sob pressão não é diferente da usinagem de outros objetos dos mesmos materiais.
Fundição em moldes permanentes por gravidade (fundição em coquilha) 
Nesse processo, o molde metálico também é enchido apenas pela ação da gravidade. Em geral, a matriz (molde) é aberta e fechada manualmente, entretanto é possível ser mecanizada. Os machos usados podem ser metálicos ou de areia caso em que, por sua complexidade, seria difícil retirá-los da peça pronta. A figura 1.24 ilustra um exemplo de fundição por gravidade. 
Figura XXX Fundição em molde permanente por gravidade.
O processo 
Os moldes são em geral feitos de ferro fundido ou aço ou, ainda, de bronze, quando se quer fundir chumbo, estanho ou zinco. O tempo de serviço de um molde varia entre 3 mil a 10 mil peças para fundição de ferro, e pode chegar até a 100 mil peças para fundição de metais “moles”. Para a fundição em coquilha, o molde deve ser aquecido previamente até cerca de 150 °C, quando então é aplicado um revestimento interno. Esse revestimento, além de facilitar a posterior desmoldagem e melhorar o acabamento, poderá controlar o resfriamento da peça. Assim, existem revestimentos isolantes (à base de argila) que impedem o rápido resfriamento da peça. Consegue-se com isso fundir produtos de paredes muito finas, além de diminuir os riscos de contração no interior do molde metálico, que, por ser indeformável, aumenta o risco de trincas na peça. Existem também os revestimentos condutores à base de grafite, utilizados para o recobrimento das partes da coquilha que correspondem às paredes mais grossas da peça que convém resfriar com rapidez. Após essa aplicação, eleva-se a temperatura da matriz até cerca de 350 °C, quando então está preparada para receber o metal líquido
Aplicações e vantagens 
Hoje, a fundição em coquilha é amplamente usada para metais não ferrosos (chumbo, zinco, alumínio, magnésio, estanho e suas ligas) e, em menor intensidade, para ferro fundido. O tamanho das peças em geral não ultrapassa 25 kgf, podendo atingir até cerca de 200 kgf. As peças obtidas nos moldes metálicos têm uma estrutura de grão fino e propriedades mecânicas elevadas, mas, por causa do resfriamento rápido, surgem tensões em suas camadas superficiais. Torna-se necessário, na maioria das vezes, submetê-las a um tratamento térmico de recozimento. O acabamento obtido é perfeito, com precisão da ordem de 0,1 mm. As figuras 1.25 e 1.26 mostram outros exemplos de fundição que empregam moldes permanentes.
Figura XXX. Exemplos de coquilhas para fundição por gravidade: indicação para fundição de um êmbolo de alumínio em uma coquilha mista.
Figura XXX.. Exemplos de coquilhas para fundição por gravidade: na parte superior, a peça pronta (base de um medidor de lubrificante). Na parte inferior, uma das laterais da coquilha. Com os machos a, b, c, obtêmse os orifícios A, B, C
CONCLUSÕES
O processo de fundição por gravidade, em areia, é o mais generalizado, pois peças de todas as dimensões e formas - exceto as mais complexas - e praticamente de qualquer metal podem ser fundidas em areia. 
 A fundição em moldes metálicos produz uma contração muito rápida que, em algumas ligas de menor resistência mecânica, pode resultar em fissuras. Por outro lado, certas ligas apresentam temperaturas de fusão que podem danificar os moldes metálicos. 
 Entretanto, a fundição em moldes metálicos dá origem a peças com melhor acabamento superficial, dentro de tolerâncias dimensionais mais estreitas, com secções mais finas e exigem menos usinagem que as fundidas em areia. 
REFERÊNCIAS
DOYLE, Lawrence E. et al. Processo de Fabricação e materiais para engenheiros. São Paulo: Edgard Blücher Ltda, 1962.
ARRIOS, Daniel Benítez; PIVETTA, Luís Antonio; YOSHIKAWA, Nélson Kodi. Mecânica: Métodos e processos industriais. 5. ed. São Paulo: Fundação Padre Anchieta, 2011.

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