Fundicao Aula 3

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Fundição (Casting)
Qualquer processo de fusão de metais e vazamento dos mesmos em moldes, com a finalidade de produzir as formas sólidas desejadas.
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Processo tecnológico utilizado pelo homem há aproximadamente 6000 anos (fusão e redução de cobre).
Perspectiva Histórica
Molde de pedra, ~ 4000 A.C.
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Europa: pontas de lanças, liga Cu-As.
China: aba de vaso.
Idade do Bronze
Oriente Médio, Europa, ~3000 A.C.
Ligas Cu-As, Cu-Sn abaixamento do ponto de fusão, aspecto prateado, fluidez
China, ~2000 A.C.
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Ferro-fundido
Apareceu na China em 600 A.C.
Introduzido na Europa ~ no século XV (redução) 
Uso como material estrutural: século XVIII, Inglaterra
Ponte de Ferro sobre o Rio Severn, Inglaterra, 1779
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Arquitetura de Ferro-fundido: século XIX / XX
Grades, portões, móveis, etc.
Belém: Chalés de Ferro, Ver-o-Peso
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América: Civilizações pré-colombianas
Ligas de Au-Ag-Cu em diversas proporções (Tumbaga);
Uso como adereços e armas
Moldes de cera-perdida
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África
A partir do século XVI
Uso do latão (Cu-Zn) para fins artísticos
Moldes de cera-perdida
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Fundição de Peças de Grande Volume
Sinos, Canhões e Estátuas
Grande Sino de Beijing, China. Liga Cu-15%Sn-1%Pb. Fundido em ~1400 (Dinastia Ming) pesando 46,5 ton. Pode ser ouvido a 20 Km de distância.
Grande Sino do Kremlin, Rússia. Fundido em 1735, pesando 193 ton. (atualmente fraturado)
Grande Sino de Kyoto, Japão. Peso: 74 ton.
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Estátua do Grande Buda em Kamamura, Japão. Liga Cu-9%Sn-20%Pb. Fundido em 1252 pesando 120 ton.
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Revolução Industrial / Século XIX
Variedade de ligas / Produção de Aço / Desenvolvimento de materiais, equipamentos e plantas industriais / Produção contínua, diversificada e mais segura.
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Século XX
Ligas de Alumínio, Ligas de Magnésio, Automação industrial / Variedade de Processos e Produtos / Simulação Computacional / Foco na eficiência e qualidade. 
Peça de reator nuclear pesando 61,5 ton
Diversidade de peças de pequena dimensão
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Produção de blocos de motores
Eixo de turbina. Aço ASTM-A216. Fundido em partes. Peso: 65 ton. Fundição Voith, São Paulo - Brasil.
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Pátio de fábrica. Fundição Alvorada, Jandira, SP, Brasil
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Peça de sustentação do sistema ótico de projetor de vídeo
Peças da carcaça de computador
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G.O. Verran e R.P.K. Mendes: Estudos Tecnológicos, n.2, v.1, pp.13-25, 2006
Simulação Computacional
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Considerações Gerais
 Fundição é o processo de fabricação de peças metálicas que representa o caminho mais curto entre a matéria-prima metálica e as peças acabadas (em condições de uso);
 É o processo que permite a maior liberdade de formas.
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Processos de Fundição
Os processos diferem, principalmente, no tipo de moldagem. Podem ser divididos em dois grupos principais de acordo com o material do molde:
Moldes colapsáveis
Moldes permanentes
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Processos de Fundição – Moldes Colapsáveis
	Os moldes, feitos de areia (sílica) e outros minerais, podem ser usados apenas uma vez porque são quebrados para remoção das peças.
Vantagens: liberdade de formas, facilidade de obtenção do molde e baixo custo;
Desvantagens: 1 molde por peça, baixa capacidade de extração de calor (demora para desmoldagem), necessidade de modelo.
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Processos de Fundição – Moldes Colapsáveis
Fundição em areia
Fundição em casca
Fundição em cera perdida
Fundição em moldes cheios
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Processo de Fundição em Moldes de Areia
Fabricação do molde
Molde – Recipiente que tem a(s) cavidade(s) com o formato da peça a ser obtida.
Modelo – Peça feita de madeira, metal, cera, isopor ou resina, ao redor do qual é compactado o material de moldagem.
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Processo de Fundição em Moldes de Areia
Caixa de moldagem – onde o material do molde vai ser compactado sobre o modelo
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Socagem da caixa inferior – consiste em envolver o modelo com areia de faceamento, comprimindo-a contra o mesmo manualmente, e encher a caixa com camadas sucessivas de areia de enchimento, compactando-a com um soquete
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Preparação da superfície de separação entre as caixas de moldagem
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Socagem da caixa superior
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Extração do modelo
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Macho – Parte do molde fabricada separadamente e colocada em sua cavidade após a extração do modelo para se obter formas internas ou externas de uma peça e facilitar a construção do modelo.
Posicionamento do macho na caixa inferior
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Fechamento do molde
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Lastragem do molde
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Vazamento e Solidificação (!!!)
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Vazamento e Solidificação (!!!)
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Elementos de Modelo: Canais e Massalotes
Canais de enchimento e distribuição – condutos por onde deve passar o metal líquido; devem ser dimensionados de maneira que o metal preencha a cavidade do molde a uma dada temperatura em um determinado tempo, a fim de se conseguir peças sem defeitos.
Massalotes – reserva de metal líquido, adjacente à peça, cujo objetivo é fornecer metal para compensar a contração durante a solidificação (evitar os rechupes)
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Desmoldagem
Limpeza
Remoção do sistema de canais e massalotes
Acabamento
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Propriedades da areia
Moldabilidade
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Propriedades da areia
Resistência Mecânica
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Propriedades da areia
Permeabilidade
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Tipos da areia
Areia Verde – areia + silicato + água. Moldagem pode ser feita em caixas ou em poços no chão;
Areia Seca – o molde é secado em estufas para aumentar a resistência à erosão durante o vazamento;
Areia Cimento – adiciona-se cimento para a secagem ser feita ao ar (areia não pode ser recuperada!);
Areias de Macho – Areia especial + óleos + secagem em estufa;
Silicato de sódio / CO2 – Areia + Silicato de sódio + fluxo de CO2. A reação forma silica gel + carbonato de sódio (processo caro).
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Processo de Fundição em Casca
Neste processo a areia possui em sua composição resinas que polimerizam com calor formando uma casca (de até 1 cm) de alta rigidez sobre o modelo.
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Processo de Fundição por Cera Perdida
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Processo de Fundição em Molde Cheio
O modelo é feito de material vaporizável (poliestireno expandido). Após a moldagem em areia o vazamento é feito sobre o modelo.
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Processos de Fundição – Moldes Permanentes
Qualquer processo de fundição em que o metal líquido é vazado em molde metálico que pode ser utilizado um grande número de vezes.
Os moldes são, em geral, de ferro fundido ou aço e são chamados coquilhas. A vida útil das coquilhas depende da liga a ser fundida e da temperatura de vazamento.
Vantagens: alta produtividade, alta capacidade de extração de calor (rapidez para desmoldagem);
Desvantagens: formas limitadas, alto custo.
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Processos de Fundição – Moldes Permanentes
Fundição por gravidade
Fundição sob pressão
Fundição por centrifugação
Fundição contínua
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Processo de Fundição por Gravidade
 Neste processo o metal é simplesmente vazado no molde e o preenchimento se dá apenas devido à fluidez do metal.
 Processo adequado para produção em larga escala de peças pequenas e simples.
 Bom acabamento superficial e alta definição de detalhes.
 Exemplo: Fundição de pistões de alumínio para automóveis.
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Processo de Fundição sob Pressão
 O metal líquido é forçado sob pressão para o interior do molde;
 Pressões de trabalho de até 70 MPa;
 Obtém-se peças de paredes finas e formas complicadas;
 Pode ser em câmara quente ou câmara fria.
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Fundição sob Pressão em Câmara Quente
 Há um reservatório de metal líquido no interior de um forno;
 Processo restrito
a metais de baixo ponto de fusão.
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Fundição sob Pressão em Câmara Fria
 O metal é vazado num condutor e depois impulsionado para o molde.
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Processo de Fundição por Centrifugação
 O metal líquido é vazado em moldes metálicos submetidos a um rápido movimento de rotação, solidificando sob ação da força centrífuga;
 Processo utilizado para fabricação de tubos;
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Processo de Fundição Contínua
 Processo utilizado para a produção de uma barra fundida e contínua para depois ser trabalhada;
 Consiste no vazamento do metal líquido no interior de um molde com fundo falso, extraindo-se o fundido através da abertura posterior do molde;
 A instalação pode ser vertical ou horizontal.
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Técnicas e Equipamentos de Fusão
Requisito básico do equipamento: levar uma dada massa de metal para a temperatura de vazamento numa velocidade de fusão desejada e com eficiência econômica.
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Principais tipos de fornos
Forno de cadinho
Aquecimento feito por queima de gás, óleo ou carvão.
Os cadinhos são de argila + grafita ou de carbeto de silício + carbono
Faixa de temperatura de 200 a 1400 oC
Capacidade de 10 a 1000 Kg
Velocidade de fusão de 10 a 100 Kg/h
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1.1. Forno de extração por levantamento
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1.2. Forno basculante
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2. Forno de reverberação
O teto do forno deflete a chama e os produtos da combustão para a superfície do metal líquido;
Usado na fundição de não-ferrosos;
Faixa de temperatura de 600 a 1600 oC
Capacidade de 50 a 5000 Kg
Velocidade de fusão de até 10000 Kg/h
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3. Forno de Indução
Faixa de temperatura de 600 a 1750 oC
Capacidade de até 35000 Kg
Velocidade de fusão de até 2500 Kg/h
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3. Forno a Arco Elétrico
Usado principalmente na fusão de aço;
Faixa de temperatura de 1250 a 1750 oC
Capacidade de até 100000 Kg
Velocidade de fusão de até 40000 Kg/h
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Etapas do Processo de Fundição
Etapa 1. Desenho técnico da peça acabada
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Etapa 2. Projeto de fabricação por fundição
2.1. Escolha do Processo – Variáveis
 custo
 liga a ser fundida (temperatura de fusão)
 tamanho e complexidade da peça
 quantidade requerida
 tolerâncias e acabamento superficial
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2.2. Escolha do Processo - Linhas Gerais
 Peças de grande tamanho e ligas com alto ponto de fusão  Fundição em moldes de areia;
 Peças pequenas  Fundição em moldes metálicos, cera-perdida, fundição por pressão
 Peças complexas  Processos mais caros: fundição por cera-perdida, fundição com molde cheio.
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2.3. Escolha do Processo – Avaliação de Custo
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Etapa 3. Simulação do processo / Projeto do molde
Fluxo do metal líquido + Transf. de Calor + Solidificação
Etapa 4. Fabricação do molde
Etapa 5. Fusão do metal e vazamento
Etapa 6. Desmoldagem
Etapa 7. Acabamento da peça
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Fluxo do metal líquido
O metal líquido deve preencher adequadamente todas as cavidades do molde e todos os espaços disponíveis que surgem durante a formação da estrutura de solidificação.
Fluidez
Descreve a facilidade de escoamento do metal líquido. Depende de três fatores:
 Viscosidade do metal;
 Composição da liga;
 Modo de solidificação
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Defeitos em Peças Fundidas
Bolhas e Vazios
	Cavidades arredondadas com paredes internas polidas.
As causas podem ser:
Aprisionamento de ar durante o vazamento
Geração de gás por reação do metal com os materiais do molde (umidade excessiva na areia)
Reações químicas que ocorrem no metal (gerando gases)
Reações entre o metal e a escória aprisionada
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	2. Gotas Frias 
	São produzidas pelo encontro de duas correntes de metal líquido fluindo de diferentes regiões do molde.
	Apresentam-se como trincas aparentes junto com filmes de óxidos.
	As correntes são causadas em geral por baixa fluidez e a solução consiste em aumentar a temperatura de vazamento ou mudar o sistema de alimentação.
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	3. Trincas de contração (gotas quentes)
	São formadas quando o metal se destaca do molde e tem forma irregular. Resultam da impossibilidade da peça fundida contrair-se livremente, o que produz tensões internas complexas.
	A solução não é simples e geralmente o projeto deve ser modificado.
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	4. Rebarbas (barbatanas) e Nervuras
	São saliências em torno da linha de partição do molde e em trincas existentes no molde.
	A solução pode ser um melhor fechamento da caixa de moldagem ou a diminuição da fluidez pela redução da temperatura de vazamento.
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	5. Inclusões de óxido
	Resultam do aprisionamento de óxidos superficiais durante o vazamento devido a vários erros de processo.
	A solução passa pela melhora da limpeza dos equipamentos, melhora da retirada da escória antes do vazamento e melhora do sistema de alimentação.
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	5. Inclusões de óxido
	Resultam do aprisionamento de óxidos superficiais durante o vazamento devido a vários erros de processo.
	A solução passa pela melhora da limpeza dos equipamentos, melhora da retirada da escória antes do vazamento e melhora do sistema de alimentação.