Projetos de Peças Fundidas

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Aula 09: Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição
1. Introdução
Aspectos básicos a serem considerados.
Problemas Relacionados com o Projeto de Peças Fundidas.
2. Regras Básicas para o Projeto de Peças Fundidas
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran 
3. Comportamento Térmico – contração e tensões residuais
Objetivo:
Produzir peças fundidas visando a combinação dos 
seguintes fatores: 
• Elevada Qualidade
• Baixo Custo 
• Produção e entrega no menor Prazo possível
Disciplina: Fundição
Professor: Guilherme Verran Projeto de peças fundidas
1. Introdução
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Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição
Aspectos básicos a serem considerados:
• Solicitações (tensões) às quais a peça estará sujeita.
• Performance necessária.
• Tipo de material mais adequado para a fabricação da peça.
• Processo de fundição mais simples e funcional para obtenção da 
peça. 
Projetista de fundição deve conhecer:
• Materiais utilizados em fundição e suas características, aplicações e 
propriedades.
• Processos de Fabricação.
1. Introdução
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Principais pontos a serem considerados antes de 
iniciar um projeto de fundição:
• Composição química do metal
• Características mecânicas
• Ensaios não destrutivos 
• Formato e tolerâncias dimensionais (sobremetal, precisão e variações 
dimensionais) 
• Características superficiais (rugosidade)
• Tratamentos Térmicos
• Testes Hidráulicos
• Padrões de Recuperação 
• Referência para Usinagem
• Montagem
Projeto de peças fundidas
1. Introdução
Disciplina: Fundição
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Detalhes de forma em peças fundidas.
Angulos de Saída:
• Orientados em função da linha de apartação (linha 
divisória do molde.
• Facilitam a extração do modelo evitando o rompimento do 
molde
Arredondamentos:
• Evitam concentrações de tensões.
• Reduzem a tendência à formação de pontos quentes.
Projeto de peças fundidas
1. Introdução
Disciplina: Fundição
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Modelo
Molde
Utilização de ângulos de saída facilitando a extração do modelo sem 
danificar o molde.
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Linha da apartação irregular
Linha da apartação reta
Utilização de uma linha da apartação reta reduzindo custos na 
modelação e a na peça final
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2. 10 Regras Básicas para Projetar Peças 
Fundidas 
⇓
Alguns aspectos a serem considerados:
• Contrações no estado líquido,na solidificação e no 
estado sólido.
• Tensões decorrentes da solidificação e do 
resfriamento.
• Aspectos dimensionais e de geometria das peças.
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01. “COMPENSAR OU ATENUAR OS EFEITOS DA 
CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DURANTE A 
SOLIDIFICAÇÃO”.
Rechupe
Solidificação
Dirigida
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Exemplo de otimização no projeto de uma peça 
fundida.
Junção com concentração de 
massa
Projeto Melhorado através 
da redução de massa na 
junção
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02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE 
SEÇÃO”.
Exemplos de adequação de uma variação de seção aos 
requisitos de projeto de peças fundidas
Projeto 
incorreto
Projeto 
adequado
Projeto 
inadequado
Projeto 
melhorado
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02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE 
SEÇÃO”.
“Substituir ângulos e cantos vivos por raios de
concordância”
Projetos inadequados que 
resultam em fragilidade 
estrutural localizada e/ou 
rechupe.
Projetos otimizados de forma a 
assegurar maiores resistência e 
sanidade nos fundidos 
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02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE 
SEÇÃO”.
Seção em T com problemas 
de projeto e correspondentes 
defeitos
Ponto Quente e 
Concentração de 
Tensões
Projeto melhorado removendo 
o ponto quente e a 
concentração de tensões
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02.02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
O uso de arredondamentos, raios de
concordância e nervuras apresentam três
objetivos sob o aspecto funcional:
a) reduzir concentrações de tensões na peça em
serviço.
b) eliminar a ocorrência de trincas e de
afundamentos superficiais em ângulos reentrantes.
c) tornar os cantos vivos mais fáceis de serem
moldados e eliminar os pontos quentes .
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Projeto inadequado
Concentração de 
tensões e 
Fragilidade Estrutural
Utilização de Raio 
de Concordância
Projeto otimizado
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Raio de concordância 
pequeno ocasiona 
aumento da seção na 
junção
Projeto adequado 
devido ao uso de 
um grande raio de 
concordância
Rechupe e/ou Fragilidade 
Localizada
Sob a ponto de 
vista de fundição o 
raio de 
concordância não 
deve ultrapassar a 
espessura sobre 2
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
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03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
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04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE
ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Um bom projeto de fundido deve evitar o encontro de várias seções 
numa junção, pois isto necessariamente deve gerar a formação de 
pontos quentes.
ts = 3min
ts = 3min
ts = 5min ts = 7 min ts = 9 min
Aumento no 
número de seções 
na junção
⇒
Aumento no tempo 
local de 
solidificação
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04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE
ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Projeto de peças fundidas
04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM
PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Alternância de junções para 
otimização do projeto
Projeto inadequado devido 
a existência de junções 
entre várias seções
Projeto Otimizado apresentando 
redução do número de seções nas 
junções.
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04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM
PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Exemplos de projetos que evitam junções com pontos 
quentes
Uso de machos para confecção 
de um furo e conseqüente
redução de massa na junção 
de várias seções.
Projeto otimizado através 
da utilização de uma
junção tipo anel.
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5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Variações nas taxas de 
resfriamento nas diferentes 
seções das peças .
Surgimento de tensões⇒
Meios para reduzir ou prevenir tensões em peças 
fundidas: 
• Evitar variações bruscas de 
forma
• Evitar ângulos 
reentrantes
• Evitar multiplicidade de 
machos 
• Evitar grandes diferenças entre 
seções
• Recozimento paraalívio de 
tensões
Variações na direção de 
contração
⇒
⇒
Expandem sob o efeito do calor e
restringem a contração livre
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5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
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5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
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Efeito do design na distorção de fundidos: (a) vista superior de uma peça 
mostrando duas seções que solidificam em tempos muito distintos, (b) 
distorção causada pela tensionamento durante a solidificação
Tensões geradas
Projeto de peças fundidas
5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Disciplina: Fundição
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The sand casting shown in figure X was made without difficulty with regard to soundness 
or filling of the thin sections. Significant distortion was encountered, however, when the 
casting cooled in the sand and was restrained by the relatively solid mass of sand 
between the flanges. This unyielding mass caused the two vertical flanges to be bent 
outward as the bottom plate cooled and contracted. 
Two options in design are shown in Fig. X(b) and X(c), with the preferred method 
incorporating the tie bar. A third choice for a solution would not involve a change in the 
casting itself but rather a changein the sand mold. It has been found that the sand mass 
between the two flanges can be relieved so that it will yield under the shrinkage stresses. 
This is accomplished by adding a block to the pattern so that a hollow relief cavity is 
formed between the flanges (Fig. Xd). This practice reduces the effective compressive 
strength of the molding media between the flanges and allows the sand mass to collapse 
during shrinkage of the casting, thus minimizing the imposed restraint.
Exemplo de alteração no projeto para evitar distorção 
em peça fundida em moldes de areia 
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Figure X - Preventing distortion in a casting caused by mold restraint. The original design, shown in 
top and front views in (a), was altered to three possible preventative designs, as follows. (b) Preferred 
method incorporating a tie bar. (c) Less effective method than that shown in (b). (d) Open cavity 
created in the molding media to relieve restraint upon flanges during casting solidification by allowing 
solid sand mass to collapse during shrinkage and minimize restraint. Dimensions given in inches.
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6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM
UNIFORMIDADE DE ESPESSURA NA MEDIDA
DO POSSÍVEL”
Bomba Hidráulica
 (a) Design Inadequado (b) Design Otimizado
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6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE
ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”
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6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE
ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”
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7.“MANTER UMA CERTA PROPORCIONALIDADE
DIMENSIONAL ENTRE AS PAREDES INTERNAS E
EXTERNAS”
Projeto inadequado,
apresenta seções 
internas maiores que 
as externas
Projeto melhorado, com 
seções praticamente 
uniformes
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8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM
SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA
ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Ponto Quente
Projeto incorreto, ressalto 
causa um ponto quente, 
Projeto otimizado reduzindo 
espessura na zona do ressalto e 
eliminando o ponto quente.
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8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER
UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE
NECESSÁRIO”.
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8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER
UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE
NECESSÁRIO”.
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8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER
UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE
NECESSÁRIO”.
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8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER
UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE
NECESSÁRIO”.
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9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E
REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA
MÁXIMA”.
As nervuras apresentam duas funções
• aumentar a rigidez da peça fundida.
• reduzir o peso e concentrações de massa. 
Fundamento da Engenharia de Projetos 
Dimensionamento e o espaçamento 
correto entre nervuras.
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Dimensionar as nervuras com maior altura 
(profundidade) do que largura.
Nervuras em Compressão
Apresentam maior fator de segurança do 
que nervuras em tração
⇓
⇓
Princípios/Regras para o Dimensionamento de Nervuras
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9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS
PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
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9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS
PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
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Projeto incorreto causando 
ponto quente e fragilidade 
estrutural
Projeto melhorado, evita 
ângulos vivos mas apresenta 
uma junção de quatro seções
Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS
PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Fundição
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Projeto mais adequado, 
apresenta junção de 
apenas duas seções
Projeto ótimo (formato de 
favo de mel → honeycomb) 
propicia condições de 
resfriamento mais uniforme
Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS
PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Fundição
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10. “CONSIDERAR CONTRAÇÃO NO ESTADO
SÓLIDO E SOBREMETAL DE USINAGEM NAS
TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS”.
• Regra muito aplicada : as tolerâncias dimensionais devem 
ser aproximadamente a metade da máxima contração estimada 
para o tipo de metal ou liga envolvida.
• Esta regra não se aplica para peças de grande porte, ném 
para as de projeto complexo.
• As contrações no estado sólido são conhecidas e 
tabeladas para a maioria das ligas usadas em fundição.
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Tolerâncias para Usinagem Final dependem de:
(a) tipo de metal usado.
(b) projeto e tamanho da peça.
(c) tendência ao empenamento e método de usinagem.
Na medida do possível, a peça fundida deve ser 
projetada de tal forma que as superfícies a serem usinadas 
possam ser localizadas na parte inferior do molde.
Quando não é possível evitar peças com superfícies na 
parte superior, deve providenciar um sobremetal de usinagem
adicional. 
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