fundição em areia

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PRINCIPAIS ELEMENTOS DA FUNDIÇÃO 
 
A fundição em areia é um dos principais métodos para obtenção de peças 
fundidas, sua grande utilização deve-se ao seu custo relativamente baixo e 
manufatura simples. 
Faz-se necessário, para inicio de estudo, o conhecimento sobre os principais 
componentes para obtenção de fundidos: o molde, o modelo e o macho. 
MODELO 
O modelo é uma copia da peça que se deseja obter, pode ser fabricado em 
metal (alumínio e aço na maioria dos casos), madeira (cedro, pinho, compensado 
entre outros) e resinas do tipo epóxi. Sendo mais utilizados modelos em madeira 
pelo baixo custo e facilidade de trabalho, sendo agravantes à sua utilização as 
deformações com o tempo por umidade e mudanças de temperatura. 
A construção de modelos deve respeitar regras que garantem a qualidade dos 
fundidos. Isto depende em que, o mesmo será empregado, tendo variações de 
acabamento superficial, resistência mecânica, tolerância dimensional, necessidade 
ou não de emprego de maquinas para acabamento. 
Começando pelo acabamento superficial o molde deve conservar uma 
superfície lisa e livre de impurezas para que seu acabamento seja o melhor possível, 
para isto podem ser empregadas tintas, tanto para a melhora do acabamento como 
para que impeça que a areia adira ao modelo. 
Tolerância dimensional o modelo deve ser construído de tal forma que a 
cavidade resultante no molde compense a contração do metal. Essa contração é 
comum a todos os metais, porém as porcentagens são diferentes, assim é 
necessário um projeto de modelo para cada tipo de metal. 
O emprego de ferramentas para acabamento após a fundição pode ou não ser 
empregado, dependendo do uso pode-se melhorar o acabamento utilizando-se 
modelos metálicos, porém este é um parâmetro de projeto que pode ser dispensado 
caso a maquinação seja indispensável para conclusão do trabalho. 
Um bom projeto de modelo é de extrema importância na qualidade de fundidos 
e deve ser sempre considerada sua forma, já que areia tem limitações quanto a sua 
resistência mecânica. 
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Paulo S. Camargos 
 
Tabela 1: Características de alguns materiais utilizados na fabricação de moldelos. 
 
MOLDE 
O molde representa a cavidade em que o metal será vazado, ou seja, constitui 
o “negativo” da peça produzida. O molde é fabricado a partir do modelo que na 
maioria dos processos é colocado em uma caixa de moldagem onde é inserida e 
compactada a areia. O método mais comum para a produção é utilizando-se um 
modelo bipartido e duas caixas de moldagem, mas pode variar conforme a 
complexidade da peça ou outros parâmetros do projeto. 
MACHO 
O macho é responsável pelos furos e reentrâncias no interior da peça, 
geralmente é fabricado em areia porem há no mercado alguns materiais refratários 
alternativos. As propriedades requeridas pelo macho são semelhantes às requeridas 
pelos moldes e será especificada a frente já que dependem das areias. 
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Paulo S. Camargos 
 
 
 
Figura 1: Seqüência de fabricação de um molde 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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AREIAS DE MOLDAGEM 
 
Há diversos tipos de areia que podem ser empregadas na fundição, entre elas 
destacam-se: Sílica (óxido de silício - SiO2); Cromita (FeOCr2O3); Zirconita (silicato 
de zircônio – ZrO2SiO2); Areia base olivina – Forsterita (2MgO
. SiO2) e faialita (2FeO
. 
SiO2); e areia base Chamote. 
A areia é de vital importância para obter-se um fundido de qualidade, pois é 
desta que será feito os moldes, machos e canais. Sendo assim as areias necessitam 
de uma série de propriedades para a melhora da qualidade do produto. Sendo elas: 
Refratariedade: A areia deve resistir ao calor o máximo possível a fim de não 
se fundir com facilidade, causando assim penetração no metal. Quanto mais elevado 
for o ponto de fusão de uma areia melhor será sua refratariedade. 
Permeabilidade: Esta propriedade é requerida para que os gases resultantes 
da entrada do metal no molde e de desprendimentos durante o resfriamento sejam 
expulsos. Pode ser adquirida observando-se a granulometria da areia, onde um 
maior diâmetro dos grãos representa maior permeabilidade, porém causa perda de 
qualidade no acabamento superficial das peças. Na tabela abaixo são 
exemplificados outros fatores que influenciam na permeabilidade. 
Fatores que influenciam Influência na permeabilidade Areia mais adequada 
Presença de finos Diminui a permeabilidade AN101SE 
Tamanho de grão maior Aumenta a permeabilidade AN101SE 
Presença de argila Diminui a permeabilidade AN153SE 
Alta concentração granulométrica Aumenta a permeabilidade AN107SE 
Umidade da areia-base Aumenta a permeabilidade até 
um ponto ótimo de água 
Não existe variação 
Grãos redondos e subangulares Aumenta a permeabilidade Não existe variação 
Maior tempo de mistura de 
aglomerante 
Aumenta a permeabilidade Não existe variação 
Alto grau de compressão (socagem) Diminui a permeabilidade Não existe variação 
Tabela 2: Resumo dos fatores que mais influenciam na permeabilidade. 
 
Escoabilidade: Capacidade de escoamento dos grãos de modo que a areia 
tome a forma do modelo e reaja à ação de forças externas. 
Plasticidade: É um efeito que gera compactação plástica da areia para permitir 
a extração do modelo e colocação dos machos, sem que ocorra colapso do molde. 
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Dilatação: A maioria dos materiais expandem com determinado aumento de 
temperatura, a areia não é diferente, porem isto deve ser observado para que não 
cause problemas ao fundido. Esta dilatação é responsável por vários defeitos de 
forma e dimensão em peças vazadas, tais defeitos podem ser evitados escolhendo 
um determinado tipo de areia para a temperatura em que será derramado o 
metal.Como pode ser visto no gráfico abaixo. 
 
Figura 2: Representação gráfica da dilatação de areias de moldagem. 
 
Inércia química: Propriedade que deve atuar para minimizar/extinguir reações 
entre o molde e o metal líquido. 
Com base nestas e em outras propriedades é possível selecionar corretamente 
a melhor areia para obter um resultado final satisfatório e aplicável. 
Para muitas das propriedades acima citadas sua intensificação é conseguida a 
partir de outros componentes como os aglomerantes. 
 Segundo Gloria Soares (2000, p.18), aglomerantes “são materiais que 
envolvendo e ligando entre si os grãos conferem à areia, após a compactação, 
secagem ou reação química, as características necessárias ao processo de 
moldagem, isto é, resistência às solicitações dinâmicas, estáticas e térmicas 
provocadas pelo metal fundido”. 
 As propriedades da areia de fundição são determinadas em função das 
quantidades e tipos de aglomerantes e dos aditivos usados. 
 
 
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PROCESSOS DE FUNDIÇÃO EM AREIA 
 
Os processos de fundição são de grande destaque na indústria, pois 
proporcionam a fabricação de peças que praticamente não necessitam de 
acabamento final. Dentre estes a fundição em areia destaca-se pela sua qualidade e 
baixo custo de aplicação. Além disso, a fundição proporciona a fabricação de peças 
complexas que dificilmente seriam conseguidas por outro processo. 
Os processos mais comuns para produção de peças em areia são: 
 Processo de moldagem em areia verde. 
 Processo de moldagem em areia seca. 
 Processo de moldagem CO2/Silicato. 
 Processo de moldagem Shell –Moulding. 
 A fundição em areia verde é caracterizada pela sua composição. Em termos 
gerais a areia verde é composta por: areia base (sílica - mais comum); argila 
(bentonita); água e aditivos (pó de carvão, pó de madeira, amido,etc.). Em termos 
de porcentagem a areia constitui uma mistura de aproximadamente 75% de areia 
silicosa, 20% de argila e 5% de água, esta é uma composição média e pode variar 
conforme o tipo de argila ou areia utilizada. 
 Neste processo a areia mantém sua umidade original dispensando a utilização 
de estufas por isso o nome “areia verde”. São utilizados misturadores para 
homogeneizar a mistura, sendo todos os componentes secos misturados primeiro e 
depois se acrescenta a água. 
 Os moldes podem ser preparados manualmente com soquetes ou por emprego 
de maquinas de compressão, impacto, vibração ou projeção centrífuga. A areia 
utilizada pode, em grande parte, ser reutilizada necessitando apenas de um 
processo para retirada de impurezas, como partes metálicas. 
 Este processo, como todos os outros, apresenta vantagens e desvantagens. 
 Vantagens: adapta-se a grandes e pequenas séries, a tecnologia pode ser 
usada para metais ferrosos e não ferrosos, fácil desmoldagem, não requer 
uso de equipamentos especiais, baixo custo. 
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 Desvantagens: acabamento superficial e tolerâncias dimensionais limitadas, é 
vedada a utilização às grandes peças devido à baixa resistência mecânica do 
molde, pode haver incrustação de areia na superfície da peça. 
 Fundição em areia seca é um processo semelhante ao em areia verde, neste 
caso, é composto por areias sintéticas ou semi-sintéticas e aglomerantes orgânicos 
e inorgânicos. A diferença aqui se faz pela utilização de estufas que atingem 
temperatura entre 150ºC e 300ºC ou a utilização de maçaricos para que sua 
resistência mecânica seja ampliada. Também é comum que a superfície em contato 
com a peça seja pintada, com tinta refrataria, para melhorar o acabamento 
superficial. 
 Diferente do molde em areia verde, este pode ser utilizado para fabricação de 
peças grandes devido à melhora da resistência mecânica que se faz através da cura 
do molde. São mais permeáveis que os de areia verde e permitem uma melhora no 
acabamento superficial, porém a areia não pode ser reaproveitada. 
 Processo de moldagem CO2/Silicato consiste na mistura de uma areia de sílica 
de elevada pureza com um gel viscoso,de composição ternaria de silicato de sódio 
(Sílica+Óxido de sódio+água). Após a mistura estar compactada o molde é 
submetido a um tratamento com CO2 (cerca de 11% da massa do silicato).Este 
processo primeiro da origem à desidratação e depois à reação: 
 
 O emprego desta técnica permite a produção de peças com precisão 
dimensional superior ao obtido com areia seca, dispensa a necessidade de estufas e 
proporciona uma rápida produção com resistência elevada. Também apresenta 
algumas desvantagens como a difícil colapsidade, componentes residuais do sódio 
reduzem a refratariedade, necessidade de rigoroso controle sobre as variáveis do 
processo temperatura, tempo de insuflação, etc. 
 Processo de moldagem Shell –Moulding este processo utiliza modelos 
metálicos, montados em placa-molde, os quais são aquecidos a uma temperatura de 
regime entre 150ºC e 300ºC durante intervalos de 3 a 5 minutos. Os modelos 
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metálicos podem ser fabricados em ferro, cobre, bronze ou latão, sobre as quais é 
depositada uma camada de areia termoendurecível, pré-revestida com resina, a qual 
aquece por condução, convecção e radiação, então ela sofre um processo de 
polimerização que liga os grãos de areia em uma determinada espessura, formando 
a carapaça ou “Shell”.A outra parte do molde é feita de modo semelhante sendo as 
duas partes posicionadas uma ao lado da outra, respeitando-se a simetria, a fim de 
obter o molde final. 
 As vantagens são: a boa precisão dimensional, pode-se aplicar uma areia com 
glanolometria refinada o que resulta um melhor acabamento sem prejuízo 
permeabilidade. As desvantagens ficam por conta do custo elevado de todo 
processo, as dimensões das peças limitadas e a areia é de difícil manuseio e 
armazenamento. 
 
Figura 3: Processo de confecção de molde para fundição em Shell moulding. 
 
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Tabela 3: Comparação geral entre os diversos tipos de moldagem 
 
SISTEMAS DE ALIMENTAÇÂO 
 O massalote ou alimentador é um dispositivo utilizado para compensar a 
contração do metal vertido no molde. Quando o metal começa a solidificar este 
também contrai, isto resulta em vazios no interior da peça, este é o lugar mais 
propicio ao aparecimento de vazios, pois é nele que estão os chamados pontos 
quentes onde o metal resfria-se por último. São nestes pontos em que os 
massalotes são empregados servindo como reservatório de metal para preencher 
vazios e direcionar a solidificação. 
 
 
 
 
 1 
 
 O alimentador atmosférico pode ser coberto com um material isolante a fim de 
que a sua superfície permaneça liquida, de modo que o metal escoe para o molde 
por ação da gravidade e da pressão atmosférica. 
 Nos alimentadores cegos pode-se aumentar a eficácia do alimentador, 
aproveitando a pressão atmosférica, com a inserção no topo destes um macho 
poroso para que haja contado entre o metal e a atmosfera. 
 
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 SOARES, Gloria Almeida, Fundição: Mercado, Processos e Metalurgia, Pag. 85. 
Os massalotes são do tipo cilíndrico (massalote aberto) ou 
cilindro encimado por uma esfera (massalote cego - também 
chamado de atmosférico) e em relação ao molde podem se 
posicionar lateralmente ou no topo da peça, sendo que os 
mais empregados são o de topo aberto ou o lateral cego. 
 
2. 
 
 
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 Ao massalote são requeridas algumas propriedades para que este seja 
efetivo. 
 Deve ter peso mínimo em relação à peça para maximizar o rendimento 
metálico. 
 Estar localizado junto aos pontos quentes e solidificando-se após a peça 
assegurando assim a alimentação de todas as partes afetadas pela 
contração. 
 Atuar com pressão máxima durante a solidificação para que o metal seja 
forçado a preencher a zona quente da peça. 
 Contar metal suficiente para compensar a contração. 
 
SISTEMAS DE CANAIS 
O sistema de canais é responsável pela condução do metal liquido até o molde. 
Seus principais componentes são: o funil ou copo, canal de descida, canal de 
distribuição e canais de ataque. Todos estes desempenham papeis fundamentais 
não só por levar o metal até o molde, mas por controlar varias variáveis que 
influenciam e muito na qualidade do fundido. 
 
VARIÁVEIS DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO 
Controle das condições de escoamento: Durante o enchimento do molde deve-
se atingir rapidamente uma velocidade constante de escoamento, devendo estas ser 
previsíveis e mantidas constantes de um molde para outro. 
Minimizar turbulência: A turbulência pode acarretar em aumento de desgaste 
mecânico e térmico. Pode ainda provocar defeitos devido ao arrasto de ar que 
originará bolhas, produzir escórias ou inclusões através de reações de oxidação com 
o metal. 
Evitar erosão de moldes e machos: O escoamento com velocidades altas e mal 
direcionadas (movimentando ao encontro de machos e paredes dos moldes), isto 
pode causar peças com defeitos de inclusão e alargamento da cavidade do molde 
que danifica a geometria da peça. 
Evitar distorção na cavidade do molde: Este fenômeno acontece principalmente 
em peças de parede fina, em que a distribuição não uniforme do calor pode gerar 
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padrões de solidificação indesejáveisque provocam distorções e fissuras a quente 
nas peças. 
 
ELEMENTOS DE PROJETO PARA FUNDIÇÃO 
 
Este talvez seja a parte que definirá a qualidade da peça, claro que a qualidade 
da areia, o emprego de técnicas corretas e o conhecimento profundo de todo projeto 
são muito importantes, porém o projeto deve levar em conta praticamente todas as 
variáveis. Aqui serão abordadas apenas partes destas, são elas: mudança na 
espessura de seção, concentração de calor, linhas de apartação dos moldes, 
formação de rechupes, concentração de tensões, traçado para evitar a retenção de 
gases. 
Variação da espessura: Esta deve ser gradual. Os ângulos de entrada 
repentinos não são recomendáveis, é preferível que ambas as seções tenham a 
linha central comum, o melhor projeto é aquele no qual a mudança de seção se 
encontra inteiramente ao longo de um lado da seção fina. 
 
Figura 4: Representação da melhoria de um projeto aplicando-se as regras mencionadas 
acima. 
 
A variação gradual da espessura ajuda a combater o arraste de ar para dentro 
do molde. 
Concentração de calor: O aumento da massa numa junta pode favorecer o 
aparecimento de pontos quentes, para que isso não aconteça são utilizados alguns 
métodos para diminuir a espessura, como por exemplo, projetar membros da união 
de espessura menores possível, para junções do tipo x, desloca-se dois ramos de 
lados opostos. 
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Figura 5: Métodos que reduzem a concentração de calor. 
 
Linhas de apartação dos moldes: A linha de apartação é o encontro entre as 
partes da caixa de moldagem (superfície de contado entre as caixas), na maioria dos 
casos são necessárias apenas duas caixas de moldagem, porém para peças mais 
complexas pode-se exigir mais. O maior número de linhas de apartação traz alguns 
problemas, os riscos de deterioração do molde são maiores, intensifica-se o perigo 
de fuga do metal durante o vazamento e torna a rebarbagem mais trabalhosa, logo 
seu emprego deve ser dosado tomando-se algumas regras: preferir linhas de 
apartação planas e horizontais e procurar alternativas ao traçado, diminuindo assim 
o número de linhas de apartação. 
 
Concentração de tensões: Os fatores de concentração de tensões são 
especificados através de medidas fotoelásticas ou por utilização do extensômetro. A 
alta taxa concentração de tensões causa trincas na peça. O gráfico abaixo 
representa uma técnica para redução da concentração de tensões. 
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Figura 6: Fator que influencia na concentração de tensões. 
 
 
Formação de rechupes: Rechupes são vazios formados no seio da peça 
conseqüente à contração do metal liquido em razão da solidificação. Devido aos 
gradientes térmicos a solidificação tem inicio nas periferias da peça. 
A formação de rechupes pode ser evitada recorrendo-se a: utilização de 
alimentadores, ou seja, reservatório que fornece metal liquido aos pontos quentes da 
peça. A utilização de alimentadores é imposta pela forma da peça e pelo seu volume 
e é condicionado pelo consumo de metal e utilização de arrefecedores que 
direcionam a solidificação. 
Traçados para evitar a retenção de gases: A formação de poros no interior das 
peças pode acontecer devido a retenção de ar, por inadequação de projeto. Isto 
pode ser evitado realizando traçados com comunicações entre o interior e o exterior 
do molde (de preferência para a parte superior no sentido de enchimento); evitar 
formas complicadas que obriguem os gases a tomar percursos sinuosos e reduzir ao 
mínimo as partes maciças. 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
1. SOARES, Gloria, Fundição: Mercado, Processos e Metalurgia, COPPE/UFRJ, 
2000. 
2. MACHADO, Izabel, Processos de Fundição e Sinterização, UFMG, 2002. 
3. CHIAVERINI, V., Tecnologia Mecânica – Processos de fabricação e tratamento, 
McGraw-Hill, 1986. 
4. BELEEY, Peter, Foundry Technology, Butterworth-Heinemann, 2001. 
5. FERREIRA, José M. G. Carvalho, Tecnologia da Fundição, Fundação Calouste 
Gulbenkian, 1999. 
6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO – ABIFA, Manual Técnico de 
Vendas: Aço, São Paulo, p.10. 
7. TORRE, Jorge, Manual Prático de Fundição, Hemus, 1975. 
8. THE MATERIALS INFORMATION SOCIETY - ASM, Metals Handbook – V.15 
Casting, 1988. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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