MODELAGEM COMPUTACIONAL DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO DE COMPONENTE AUTOMOBILÍSTICO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
Departamento de Engenharia Mecânica 
DEM/POLI/UFRJ 
 
 
MODELAGEM COMPUTACIONAL DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO DE 
COMPONENTE AUTOMOBILÍSTICO 
 
Eduardo Faria de Souza Machado 
 
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA 
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS 
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO 
MECÂNICO. 
 
Aprovado por: 
________________________________________________ 
 Prof. Vitor Ferreira Romano (Orientador) 
 
________________________________________________ 
 Prof. Fernando Augusto Noronha Castro Pinto 
 
________________________________________________ 
 Prof. Anna Carla Monteiro de Araujo 
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL 
AGOSTO DE 2014
Projeto de Fim de Curso AGRADECIMENTOS 
 
i 
 
Agradecimentos 
 
A minha mãe, pelo suporte e incentivo que me deu em todas as minhas decisões e 
escolhas que tive que fazer, e por sempre acreditar que eu seria capaz. 
 
Ao meu pai, que mesmo não estando fisicamente entre nós, tenho certeza que está sempre 
ao meu lado. 
 
Ao meu orientador, Professor Vitor Romano, pelos ensinamentos, disponibilidade e 
paciência para me orientar neste projeto. 
 
Aos Professores do Departamento de Engenharia Mecânica, por todo meu conhecimento 
e experiência adquiridos ao longo desta jornada. 
 
A todos os meus amigos, que contribuíram para a minha formação profissional e 
crescimento pessoal. 
 
A Quantech por ter disponibilizado o uso do Click2Cast, ferramenta necessária para o 
desenvolvimento desse projeto. 
 
Projeto de Fim de Curso RESUMO 
 
ii 
 
Resumo do projeto de graduação apresentado ao DEM/UFRJ como parte dos requisitos 
necessários para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico. 
 
 
MODELAGEM COMPUTACIONAL DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO DE 
COMPONENTE AUTOMOBILÍSTICO 
 
 
Eduardo Faria de Souza Machado 
Agosto/2014 
Orientador: Vitor Ferreira Romano 
Curso: Engenharia Mecânica 
 
 
O presente trabalho consiste no estudo de um molde para fabricação de uma peça automotiva 
pelo processo de fundição em alta pressão. O objetivo deste trabalho é analisar o projeto do 
molde existente, identificar todas as causas dos defeitos encontrados na peça e propor um novo 
projeto para solucionar todos os problemas. Os estudos foram feitos baseados em cálculo 
numérico utilizando um software específico para simulação de fundição. 
 
Projeto de Fim de Curso ABSTRACT 
 
iii 
 
Abstract of Undergraduate Project presented to DEM/UFRJ as a part of fulfillment of the 
requirements for the degree of Mechanical Engineer. 
 
 
COMPUTATIONAL MODELING OF A CASTING PROCESS OF AN 
AUTOMOTIVE COMPONENT 
 
 
Eduardo Faria de Souza Machado 
August/2014 
Advisor: Vitor Ferreira Romano 
Course: Engenharia Mecânica 
 
 
This work is about a mold study to manufacture an automotive component through high 
pressure die casting process. The goal of this work is analyze the existing mold project, identify 
all defects found and propose a new project to solve all problems. The studies were done based 
on numerical calculation using a specific software to casting simulation. 
 
Projeto de Fim de Curso ÍNDICE 
 
iv 
 
ÍNDICE 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 1 
2 A FUNDIÇÃO ...................................................................................................... 5 
2.1 INTRODUÇÃO À FUNDIÇÃO .................................................................... 5 
2.2 A HISTÓRIA DA FUNDIÇÃO ..................................................................... 7 
2.3 ETAPAS DA FUNDIÇÃO E SUAS CARACTERÍSTICAS .......................... 9 
2.3.1 Fusão do Metal ....................................................................................... 9 
2.3.2 Preenchimento do Molde ...................................................................... 10 
2.3.3 Solidificação da Peça ............................................................................ 11 
2.3.4 Remoção da Peça do Molde.................................................................. 14 
3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO .......................... 15 
3.1 PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDIÇÃO ......................................................... 15 
3.1.1 Fundição por Gravidade ....................................................................... 15 
3.1.2 Alta Pressão ou HPC (High Pressure Casting) ..................................... 18 
3.1.3 Baixa Pressão ou LPC (Low Pressure Casting) .................................... 20 
3.1.4 Fundição em Cera Perdida ou Micro Fusão .......................................... 23 
3.1.5 Fundição por Centrifugação.................................................................. 24 
3.1.6 Fundição Contínua ............................................................................... 24 
3.2 FUNDIÇÕES POSSÍVEIS PARA FABRICAÇÃO DO LINK ..................... 26 
3.2.1 Injetora de Câmara Quente ................................................................... 26 
3.2.2 Injetora de Câmara Fria ........................................................................ 27 
3.3 ESCOLHA DO PROCESSO UTILIZADO .................................................. 28 
Projeto de Fim de Curso ÍNDICE 
 
v 
 
3.3.1 Definição do Material do Link .............................................................. 28 
3.3.2 Definição da Injetora ............................................................................ 31 
4 PROJETO DO MOLDE .................................................................................... 32 
4.1 A CAVIDADE............................................................................................. 33 
4.1.1 Controle da Estrutura Dentrítica ........................................................... 33 
4.1.2 Espessura Mínima das Paredes ............................................................. 35 
4.1.3 Sobremetal ........................................................................................... 36 
4.1.4 Superfície de Partição e Ângulo de Saída ............................................. 37 
4.2 CANAL DE ALIMENTAÇÃO .................................................................... 38 
4.2.1 Dimensionamento do Canal de Alimentação......................................... 40 
4.2.2 Geometria do Canal .............................................................................. 41 
4.3 REFRIGERAÇÃO DO MOLDE .................................................................. 43 
4.4 MATERIAL DO MOLDE ........................................................................... 43 
5 PROCESSO DE FABRICAÇÃO DO LINK .................................................... 45 
5.1 INJEÇÃO .................................................................................................... 45 
5.1.1 Lubrificação do Molde......................................................................... 46 
5.1.2 Ciclo de Injeção ................................................................................... 47 
5.1.3 Ciclo de Resfriamento .......................................................................... 48 
5.1.4 Ciclo de Extração ................................................................................. 49 
5.2 USINAGEM ................................................................................................ 49 
5.2.1 Quebra do canal ................................................................................... 49 
5.2.2 Lixamento ............................................................................................ 50 
5.2.3 Tamboreamento ................................................................................... 51 
Projeto de Fim de Curso ÍNDICE 
 
vi 
 
5.3 PINTURA .................................................................................................... 51 
6 SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DA FUNDIÇÃO .................................... 53 
6.1 CLICK2CAST ............................................................................................. 53 
6.1.1 Visão Matemática do Click2Cast .......................................................... 54 
6.1.2 Etapas da Simulação ............................................................................. 56 
6.2 CONDIÇÕES DE CONTORNO DA SIMULAÇÃO .................................... 58 
7 PROJETO DE OTIMIZAÇÃO DO LINK ....................................................... 61 
7.1 DEFEITOS ENCONTRADOS NA PEÇA PRODUZIDA ............................ 61 
7.2 ANÁLISE DO PROJETO INICIAL ............................................................. 65 
7.2.1 Análise do Preenchimento .................................................................... 65 
7.2.2 Análise dos Vetores Velocidade ........................................................... 73 
7.2.3 Análise de Temperaturas ...................................................................... 75 
7.3 PROJETO DO GALHO OTIMIZADO ........................................................ 75 
7.3.1 Geometria Proposta Para o Novo Galho ............................................... 76 
7.4 ANÁLISE DO PROJETO OTIMIZADO ..................................................... 80 
7.4.1 Análise do Preenchimento .................................................................... 80 
7.4.2 Análise dos Vetores Velocidade ........................................................... 87 
7.4.3 Análise de Temperaturas ...................................................................... 88 
8 CONCLUSÃO.................................................................................................... 89 
8.1 CÁLCULO DE REDUÇÃO DE CUSTOS ................................................... 89 
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 91 
10 ANEXOS ........................................................................................................ 93 
 
Projeto de Fim de Curso LISTA DE FIGURAS 
vii 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1-1: Link do conjunto de limpador de para-brisa dianteiro do Onix ................... 1 
Figura 1-2: Conjunto do limpador de para-brisa dianteiro do Onix ............................... 1 
Figura 1-3: Carro Onix [19] ......................................................................................... 2 
Figura 1-4: Classificação das superfícies ...................................................................... 3 
Figura 1-5: Link ........................................................................................................... 4 
Figura 2-1: Vazamento de metal líquido em um molde [14] ......................................... 5 
Figura 2-2: Peças fundidas [16] .................................................................................... 6 
Figura 2-3: Caverna de Shanidar [14] ........................................................................... 7 
Figura 2-4: Representação do Colosso de Rodes [15] ................................................... 8 
Figura 2-5: Gráfico de mudança de fase para uma liga Cu-Ni [14].............................. 10 
Figura 2-6: Teste de fluidez [14] ................................................................................ 11 
Figura 2-7: Representação esquemática da contração [14] .......................................... 12 
Figura 2-8: Peça fundida em molde de areia [16] ........................................................ 14 
Figura 3-1: Compactação da areia em uma caixa de moldar [16] ................................ 16 
Figura 3-2: Fabricação do molde de areia etapa 1 [16] ................................................ 16 
Figura 3-3: Fabricação do molde de areia etapa 2 [16] ................................................ 16 
Figura 3-4: Fabricação do molde de areia etapa 3 [16] ................................................ 17 
Figura 3-5: Fabricação do molde de areia etapas 4 e 5 [16] ......................................... 17 
Figura 3-6: Fabricação do molde de areia etapas 6 e 7 [16] ......................................... 17 
Figura 3-7: Exemplo de uma coquilha [16] ................................................................. 18 
Figura 3-8: Usinagem de um molde permanente [14] ................................................. 19 
Projeto de Fim de Curso LISTA DE FIGURAS 
viii 
 
Figura 3-9: Exemplo de produtos fundidos no processo de baixa pressão [15] ............ 21 
Figura 3-10: Desenho esquemático do processo de fundição em baixa pressão [16] .... 22 
Figura 3-11: Fundição do bloco de motor em molde de areia por baixa pressão [16] .. 23 
Figura 3-12: Joias sendo fabricadas pelo processo de cera perdida [16] ...................... 23 
Figura 3-13: Vazamento de aço fundido em coquilha centrifugada [16] ...................... 24 
Figura 3-14: Sistema de lingotagem contínua [16] ...................................................... 25 
Figura 3-15: Injetora com câmara quente a esquerda e fria a direita [14] .................... 26 
Figura 3-16: Esquema de injetora com câmara quente [14] ......................................... 27 
Figura 3-17: Esquema de injetora com câmara fria [14] .............................................. 27 
Figura 3-18: Propriedades dos materiais I [11] ........................................................... 29 
Figura 3-19: Propriedades dos materiais II [11] .......................................................... 30 
Figura 3-20: Precisão de alguns processos de fabricação [11] ..................................... 31 
Figura 4-1: Componentes de um molde [11] ............................................................... 33 
Figura 4-2: Estrutura cristalina do metal solidificando [14] ........................................ 34 
Figura 4-3: Peças com adoçamentos [14] ................................................................... 35 
Figura 4-4: Tabela com recomendações de espessura mínima [14] ............................. 36 
Figura 4-5: Superfície de partição da peça .................................................................. 38 
Figura 4-6: Exemplo de um galho de alumínio ........................................................... 39 
Figura 4-7: Tabela para cálculo da área de entrada [8] ................................................ 41 
Figura 4-8: Galho do projeto inicial ............................................................................42 
Figura 4-9: Galho da última modificação da empresa ................................................. 43 
Figura 4-10: Curva de revenimento H13 [9] ............................................................... 44 
Figura 5-1: Esquema de funcionamento de uma injetora com câmara quente [7] ........ 45 
Projeto de Fim de Curso LISTA DE FIGURAS 
ix 
 
Figura 5-2: Extração do galho [14] ............................................................................. 49 
Figura 5-3: Peças e canal ............................................................................................ 50 
Figura 5-4: Rebarba do canal...................................................................................... 50 
Figura 5-5: Tamboreador rotativo ............................................................................... 51 
Figura 5-6: Linha completa de pintura KTL [24] ........................................................ 52 
Figura 6-1: Tipos de malhas ....................................................................................... 54 
Figura 6-2: Tamanho do elemento .............................................................................. 55 
Figura 6-3: Importação da Geometria ......................................................................... 56 
Figura 6-4: Criação da Malha ..................................................................................... 57 
Figura 6-5: Condições de Contorno ............................................................................ 57 
Figura 6-6: Análise dos Resultados ............................................................................ 58 
Figura 6-7: Geometria Simétrica ................................................................................ 59 
Figura 7-1: Link com defeito I.................................................................................... 61 
Figura 7-2: Galho com defeito I ................................................................................. 62 
Figura 7-3: Comparação entre os galhos ..................................................................... 64 
Figura 7-4: Molde do Link ......................................................................................... 64 
Figura 7-5: Preenchimento galho original ................................................................... 70 
Figura 7-6: Problemas no galho original I................................................................... 71 
Figura 7-7: Problemas no galho original II ................................................................. 71 
Figura 7-8: Galho com defeito II ................................................................................ 72 
Figura 7-9: Link com defeito II .................................................................................. 72 
Figura 7-10: Problemas no galho original III .............................................................. 73 
Figura 7-11: Problemas no galho original IV .............................................................. 74 
Projeto de Fim de Curso LISTA DE FIGURAS 
x 
 
Figura 7-12: Problemas no galho original V ............................................................... 74 
Figura 7-13: Gradiente de temperaturas ...................................................................... 75 
Figura 7-14: Galho otimizado..................................................................................... 76 
Figura 7-15: Canal de alimentação novo I .................................................................. 77 
Figura 7-16: Comparativo entre o galho inicial e final ................................................ 78 
Figura 7-17: Entrada de material ................................................................................ 78 
Figura 7-18: Ângulo do cone ...................................................................................... 79 
Figura 7-19: Geometria do novo espalhador ............................................................... 79 
Figura 7-20: Geometria de entrada ............................................................................. 80 
Figura 7-21: Preenchimento galho otimizado ............................................................. 85 
Figura 7-22: Canal otimizado ..................................................................................... 85 
Figura 7-23: Final do preenchimento .......................................................................... 86 
Figura 7-24: Posição das bolsas .................................................................................. 86 
Figura 7-25: Canal equilibrado I ................................................................................. 87 
Figura 7-26: Canal equilibrado II ............................................................................... 87 
Figura 7-27: Gradiente de temperaturas do galho novo ............................................... 88 
Projeto de Fim de Curso INTRODUÇÃO 
1 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Este trabalho tem como objetivo estudar o processo de fabricação de um componente 
automotivo. A peça em questão pode ser visualizada pela Figura 1-1. Esta peça, denominada 
neste trabalho por Link, faz parte do conjunto do limpador de para-brisa dianteiro, Figura 1-2, 
do carro Onix e do Prisma da Chevrolet, Figura 1-3. 
 
Figura 1-1: Link do conjunto de limpador de para-brisa dianteiro do Onix 
 
Figura 1-2: Conjunto do limpador de para-brisa dianteiro do Onix 
Projeto de Fim de Curso INTRODUÇÃO 
2 
 
 
Figura 1-3: Carro Onix [19] 
Todo esse conjunto é projetado e fabricado por empresas parceiras das montadoras, sendo 
responsabilidade dessas empresas atender a todos os requisitos de qualidade, tanto estrutural 
quanto de acabamento, impostas pela montadora. Neste caso, a empresa responsável por este 
projeto é uma empresa fundada em 1955 que atualmente conta com três fábricas no Brasil e 
atende tanto o mercado nacional quanto o internacional [15]. 
Esta peça tem que resistir a vários esforços de torção e flexão, além de vida em fadiga é 
claro, mas este trabalho não engloba os cálculos estruturais realizados para o desenvolvimento 
do projeto do Link, mas sim o estudo do seu processo de fabricação, para garantir que a peça 
final atenda a todos os requisitos estruturais e de acabamento do projeto. 
O link precisa também ter um acabamento superficial excelente, pois se trata de uma peça 
externa exposta ao consumidor final, por isso ele passa por uma inspeção minuciosa de técnicos 
da montadora, que aprovam ou não as peças avaliando suas superfícies, classificadas em três 
graus de importância, representadas pela Figura 1-4: 
Projeto de Fim de Curso INTRODUÇÃO 
3 
 
 
Figura 1-4: Classificação das superfícies 
As superfícies em vermelho precisam ser isentas de qualquer tipo de imperfeição, pois 
são as superfícies diretamentes expostas a quem vai ver o carro, ou seja, a pintura dessa peça 
tem que estar perfeita. São chamadas de superfícies A. 
As superficies em amarelo, as superfícies B, são possíveis de se ver, mas o consumidor 
tem que fazer um grande esforço para tal, por isso são menos importantes esteticamente se 
comparadas às vermelhas. Nessas superfícies são aceitas pequenas imperfeições visuais de 
acabamento. 
Já as superfíciesem verde não são possíveis de ser vistas quando o conjunto está montado 
no carro, por isso nessas regiões não existe nenhuma preocupação estética. São as chamadas 
superfícies C. 
Este estudo teve como motivação o fato de que 98,5% dos Links produzidos 
apresentavam defeitos de fabricação, fazendo com que praticamente todas as peças precisassem 
ser retrabalhadas gerando um prejuízo mensal enorme. 
Projeto de Fim de Curso INTRODUÇÃO 
4 
 
 
Figura 1-5: Link 
O objetivo do Capítulo 2 é passar uma visão geral sobre a fundição, processo pelo qual 
o Link é fabricado. 
No Capítulo 3 é abordado o motivo pela escolha do processo de fabricação em questão. 
Neste capítulo é feito um comparativo entre todas as principais formas de se fabricar esta peça 
e as justificativas pelas escolhas tomadas. 
O Capítulo 4 trata de todos os parâmetros relevantes ao se projetar um molde para este 
tipo de fundição e de todas as dificuldades encontradas pela empresa durante esta etapa. 
Todos os aspectos e particularidades do processo de fabricação do Link são tratados no 
Capítulo 5. 
O Capítulo 6 aborda as características técnicas da ferramenta utilizada para propor uma 
solução a todos os problemas encontrados do Link que resultam em uma peça fora de 
conformidade. 
No Capítulo 7 é feito todo um estudo das causas de todos os problemas encontrados e 
apresenta o projeto de um molde completamente novo capaz de sanar todos os problemas do 
Link. 
Na conclusão, feita no Capítulo 8, é feito um estudo de todos os custos e prejuízos gerado 
pelo processo atual se comparado ao projeto proposto neste trabalho. 
 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
5 
 
2 A FUNDIÇÃO 
 
2.1 INTRODUÇÃO À FUNDIÇÃO 
Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, no estado líquido, 
é inserido em um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser produzida. 
A peça produzida por fundição pode ter as formas e dimensões definitivas ou não. Em muitos 
casos após a fundição, a peça é usinada para serem feitos ajustes dimensionais ou mesmo 
conformada mecanicamente (por exemplo, ser forjada), para que as formas e dimensões finais 
sejam obtidas. E é também o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do lingote 
que se realizam os processos de conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas, 
perfis etc. [7]. A Figura 2-1 ilustra o processo de vazamento de metal no estado líquido em um 
molde. 
 
Figura 2-1: Vazamento de metal líquido em um molde [14] 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
6 
 
Em muitos casos os processos de fundição apresentam algumas vantagens em relação a 
outros tipos de processos de fabricação: 
 As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais simples 
até as mais complexas. 
 A limitação das dimensões da peça se dá apenas pelas restrições das instalações onde 
são produzidas. Isso quer dizer que é possível produzir peças de poucos gramas de peso 
e com espessura de parede de apenas alguns milímetros ou pesando muitas toneladas. 
 A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção rápida e em 
série de grandes quantidades de peças. 
 As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento 
(mais liso ou mais rugoso) e tolerância dimensional (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) [14] 
em função do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia 
em operações de usinagem. 
 A peça fundida possibilita grande economia de material, e de processos de usinagem 
pois ela já sai do molde praticamente pronta. 
 
Figura 2-2: Peças fundidas [16] 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
7 
 
O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros fundidos, 
alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas. Porém existem também desvantagens. Os 
aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, micro e macro 
porosidades e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e 
ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação como 
conformação a quente. 
 
2.2 A HISTÓRIA DA FUNDIÇÃO 
No começo da idade do metal, o conhecimento humano não estava avançado o suficiente 
para conseguir altas temperaturas para produzir metal fundido. Então, a fundição não era 
conhecida e os metais eram usados como eram encontrados na natureza ou aquecidos 
suavemente e trabalhados em formas. Os produtos daquela era são exemplificados pelo 
pendente de cobre encontrado na caverna de Shanidar (nordeste do Iraque) que data de 9500 
A.C. e que foi moldado martelando um pedaço de metal no seu estado natural e dando 
acabamento com abrasivos. 
 
Figura 2-3: Caverna de Shanidar [14] 
Depois, técnicas de fundição de cobre foram desenvolvidas, e foram produzidos moldes 
de cobre na Mesopotâmia já em 3000 anos antes de cristo. 
A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000 A.C. " Fundiu-se 
primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em 
alcançar as temperaturas necessárias para a realização do processo. A arte cerâmica contribuiu 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
8 
 
bastante para isso, pois gerou as técnicas básicas para a execução dos moldes e para o uso 
controlado do calor já que, forneceu os materiais refratários para a construção de fornos e 
cadinhos. 
A arte da fundição foi então refinada pelos egípcios antigos que inovaram o processo de 
modelação em cera perdida. Durante a Idade do Bronze, a prática de fundição floresceu na 
China onde foram produzidas peças fundidas de alta qualidade com formas complicadas. O 
chinês desenvolveu certas ligas de bronze e dominou o processo de cera perdida durante a 
Dinastia de Shang. Mais tarde, aquela arte se difundiu para o Japão com a introdução do 
Budismo no sexto século. Também havia algumas realizações significantes no Oeste, onde o 
Colosso de Rodes, Figura 2-4 (uma estátua do Deus grego Apollo que pesava 360 toneladas) 
foi considerada um das Sete Maravilhas do Mundo. Aquela estátua de bronze foi fundida em 
seções, que depois foram agrupadas, e tinha 31 metros de altura. 
 
Figura 2-4: Representação do Colosso de Rodes [15] 
Embora o ferro fosse conhecido no Egito já em 4000 A.C., o uso do ferro fundido era 
impossível devido à alta temperatura de fundição, e a falta de vasilhas de cerâmica (cadinho) 
capazes de conter o ferro fundido. A idade do ferro fundido chegou finalmente em 1340, 
quando o forno de fluxo foi construído em Marche-Les- Dames na Bélgica. Era capaz de 
produzir um volume contínuo de ferro fundido. A prática de fundição de materiais ferrosos se 
desenvolveu mais adiante com a invenção do forno de cúpula por John Wilkenson na Inglaterra. 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
9 
 
Isto foi seguido pela produção de ferro maleável em 1826 por Seth Boyden e o 
desenvolvimento da metalografia por Henry Sorby da Inglaterra. 
Sem dúvida, as descobertas da Revolução Industrial, comoos fornos Cubilô, os fornos 
elétricos, e a mecanização do processo, muito contribuíram para o desenvolvimento da 
fundição do ferro e, consequentemente, do aço. A maioria dos equipamentos de fundição foi 
concebida basicamente nesse período, quando surgiram também os vários métodos de fundição 
centrífuga. Ao século XX coube a tarefa de aperfeiçoar tudo isso. 
A relação entre as propriedades e a microestrutura das ligas foram entendidas. O controle 
completo do processo de fundição ficou possível baseado no conhecimento e controle da 
microestrutura. No entanto, os processos de conformação tiveram um desenvolvimento mais 
rápido do que a fundição porque as ligas forjadas tinham um desempenho melhor e um campo 
mais largo de aplicações. O ferro nodular, que possui a fundibilidade do ferro fundido e a 
resistência ao impacto do aço, foi introduzido em 1948, e favoreceu a difusão do ferro para 
competir mais favoravelmente com ligas forjadas [11] [14]. 
 
2.3 ETAPAS DA FUNDIÇÃO E SUAS CARACTERÍSTICAS 
Todos os tipos de fundição sempre envolvem estas etapas básicas: 1º fusão do metal ou 
da liga, 2º vazamento ou preenchimento do molde, 3º solidificação da peça e 4º remoção da 
peça do molde [3]. 
 
2.3.1 Fusão do Metal 
Um metal apresenta uma temperatura de mudança de fase bem definida, isto é, ele inicia 
e termina o processo de fusão em uma temperatura bem determinada. Já as ligas apresentam 
uma temperatura onde se inicia o processo de fusão e uma temperatura onde termina esse 
processo. Isso é ilustrado na Figura 2-5 para o sistema cobre-níquel, que, por exemplo para 
uma liga com 30% de cobre, começa a se solidificar a uma temperatura de 1315ºC e só se 
solidifica completamente a 1375ºC. Dentro da faixa de temperaturas em que ocorre a 
solidificação para uma liga existe sempre uma mistura de sólido e líquido. A temperatura de 
vazamento deve estar sempre acima da temperatura onde existem 100% de líquido 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
10 
 
(superaquecida). O vazamento, no caso de ligas, dentro de uma faixa de temperaturas onde se 
tem sólido e líquido prejudica o preenchimento completo do molde. 
 
Figura 2-5: Gráfico de mudança de fase para uma liga Cu-Ni [14] 
 
2.3.2 Preenchimento do Molde 
Pode ser feita de forma automática, semiautomática, ou manual, dependendo do processo 
de fundição em questão. Mas independente do processo, é importante que o preenchimento 
aconteça de forma menos turbulenta possível, então para que a peça tenha um bom 
preenchimento e livre de defeitos, é fundamental que o canal de alimentação seja bem 
projetado. 
Outros fatores que influenciam diretamente o vazamento do material no molde seriam a 
temperatura inicial do material, a temperatura do molde e a fluidez do material. A fluidez é a 
capacidade de o metal líquido preencher as cavidades do molde, ou seja, quanto mais fluido 
um material for, menos problemático vai ser o vazamento. A fluidez depende de características 
do metal e de parâmetros utilizados na fundição. No que se refere ao metal, a fluidez depende 
da viscosidade, tensão superficial, inclusões e padrão de solidificação da liga. No que se refere 
aos parâmetros de fundição, a fluidez depende do projeto do molde, da temperatura inicial do 
material, da temperatura de trabalho do molde e sua taxa de transferência de calor e do 
acabamento superficial do molde. A Figura 2-6 ilustra dispositivo para teste de fluidez. 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
11 
 
 
Figura 2-6: Teste de fluidez [14] 
 
2.3.3 Solidificação da Peça 
A solidificação do material é uma etapa extremamente importante no processo de 
fundição, pois influencia diretamente na qualidade final da peça. 
Em relação ao volume, os metais ao se solidificarem, sofrem uma contração. Na 
realidade, do estado líquido ao sólido, três contrações são verificadas: 
 Contração líquida - correspondente ao abaixamento da temperatura até o início da 
solidificação; 
 Contração de solidificação - correspondente à variação de volume que ocorre durante a 
mudança do estado líquido para o sólido; 
 Contração sólida - correspondente à variação de volume que ocorre já no estado sólido, 
desde a temperatura de fim de solidificação até a temperatura ambiente; 
A contração é expressa em porcentagem de volume. No caso da contração sólida, 
entretanto, a mesma é expressa linearmente, pois desse modo é mais fácil projetar-se os 
modelos. 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
12 
 
A contração sólida varia de acordo com a liga considerada. No caso dos aços fundidos, 
por exemplo, a contração linear, devida à variação de volume no estado sólido, varia de 2,18 a 
2,47%, o valor menor correspondendo ao aço de mais alto carbono (0,90%) [7]. 
No caso dos ferros fundidos - uma das mais importantes ligas para fundição de peças - a 
contração sólida linear varia de 1 a 1,5%, o valor de 1% correspondendo ao ferro fundido 
cinzento comum e o valor 1,5% (mais precisamente de 1,3 a 1,5%) ao ferro nodular [7]. 
Para os outros metais e ligas - a contração linear é muito variada, podendo atingir valores 
de 8 a 9% para níquel e ligas cobre-níquel [7]. 
A contração dá origem a uma heterogeneidade conhecida por vazio ou rechupe, ilustrada 
na Figura 2-7. 
 
Figura 2-7: Representação esquemática da contração [14] 
Inicialmente, tem-se (a) o metal inteiramente no estado líquido; (b) a solidificação tem 
início na periferia, onde a temperatura é mais baixa e caminha em direção ao centro; (c) fim da 
solidificação e (d) contração sólida. 
A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final dá como 
consequência o vazio ou rechupe, indicados nas partes (c) e (d) da figura. A imagem (d) dá a 
entender também que a contração sólida ocasiona uma diminuição geral das dimensões da peça 
solidificada. 
Os vazios citados podem eventualmente ficar localizados na parte interna das peças ou 
próximos da superfície. Além da contração da peça poder causar esses vazios, ela pode 
ocasionar também formação de trincas e tensões residuais. 
Durante a solidificação pode haver também concentração de impurezas, pois algumas 
ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo diferente, conforme a 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
13 
 
liga esteja no estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas ferro-carbono que 
contêm, como impurezas normais, o fósforo, o enxofre, o manganês, o silício e o próprio 
carbono. Quando essas ligas estão no estado liquido, as impurezas estão totalmente dissolvidas 
no líquido, formando um todo homogêneo. Ao solidificar, entretanto, algumas das impurezas 
são menos solúveis no estado sólido. Assim sendo, à medida que a liga solidifica, esses 
elementos vão acompanhando o metal liquido remanescente, indo se acumular na última parte 
sólida formada. Nessas regiões, a concentração de impurezas constitui o que se chama 
segregação. 
O inconveniente dessa segregação é que o material acaba apresentando composição 
química não uniforme, conforme a seção considerada, e consequentes propriedades mecânicas 
diferentes. Como as zonas segregadas se localizam no interior das peças, onde as tensões são 
mais baixas, as suas consequências não são muito problemáticas, devendo-se de qualquer 
modo,evitar uma grande concentração de impurezas, quer pelo controle mais rigoroso da 
composição química das ligas, quer pelo controle da própria velocidade de resfriamento. 
O último fenômeno que aparece durante a solidificação de uma peça seria o 
desprendimento de gases, que ocorre, como no caso anterior, principalmente nas ligas ferro-
carbono. O oxigênio dissolvido no ferro, por exemplo, tende a combinar-se com o carbono 
dessas ligas, formando os gases CO e CO2 que escapam facilmente à atmosfera, enquanto a 
liga estiver no estado liquido. À medida, entretanto, que a viscosidade da massa liquida 
diminui, devido à queda de temperatura, fica mais difícil a fuga desses gases, os quais acabam 
ficando retidos nas proximidades da superfície das peças ou lingotes, na forma de bolhas. 
Em aços de baixo carbono, na forma de lingotes a serem forjados ou laminados, as bolhas 
não são prejudiciais, pois elas, às temperaturas de conformação mecânica, principalmente para 
a fabricação de chapas, têm suas paredes soldadas. A rigor, essas bolhas podem ser até mesmo 
desejáveis. 
As bolhas devem ser evitadas, contudo, em aços de alto carbono; isso pode ser feito 
adicionando-se ao metal líquido substâncias chamadas "desoxidantes", tais como alguns tipos 
de ferro-ligas (ferro-silício e ferro-manganês) ou alumínio. 
De fato, o oxigênio reage de preferência com os elementos Si, Mn e Al, formando óxidos 
sólidos - SiO2, MnO e AI2O3 - impedindo, assim, que o oxigênio reaja com o carbono 
formando os gases CO e CO2, responsáveis pela produção das bolhas. 
Projeto de Fim de Curso A FUNDIÇÃO 
 
14 
 
Outros gases que podem se libertar na solidificação dos aços são o hidrogênio e o 
nitrogênio, que comumente também se encontram dissolvidos no metal líquido. 
 
2.3.4 Remoção da Peça do Molde 
Esta é a etapa mais simples de todo o processo, pois o único parâmetro variável é o tempo 
que a peça fica dentro do molde. A remoção pode acontecer de forma manual ou automática, 
dependendo do tipo de fundição. Para otimizar o tempo total do processo, normalmente a peça 
fica no molde só até ela se solidificar completamente. 
 
Figura 2-8: Peça fundida em molde de areia [16] 
 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
15 
 
3 SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
Com uma venda média mensal do Onix em torno de 11.000 unidades e do Prisma em 
torno de 6.000, mais as peças de reposição e estoque, a produção média desses conjuntos 
limpadores por mês é em média 44.000 unidades. 
Como são peças que precisam de um volume muito alto de produção e precisam ter um 
custo final muito baixo, o único processo primário de fabricação industrial que pode atender a 
esses requisitos de volume de fabricação, para este tipo de geometria, com a resistência 
mecânica exigida nessa peça, é a fundição [11]. 
 
3.1 PRINCIPAIS TIPOS DE FUNDIÇÃO 
O que diferencia basicamente as formas de fundição são a velocidade, a forma do 
preenchimento do material no molde e o tipo de molde, se é permanente ou não. 
 
3.1.1 Fundição por Gravidade 
A fundição por gravidade em molde de areia é a mais utilizada na indústria, não só na 
produção de peças de aço e ferro fundido, porque os moldes de areia são os que suportam 
melhor as altas temperaturas de fusão desses dois metais, mas também para a produção de 
peças de ligas de alumínio, latão, bronze e magnésio, por ser um processo mais barato. 
A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar mecânica ou manualmente 
uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma 
caixa de moldar. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
16 
 
A fabricação de um molde em areia normalmente segue as seguintes etapas: 
 
Figura 3-1: Compactação da areia em uma caixa de moldar [16] 
 
 
 A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo feito 
em madeira ou alumínio, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é 
então colocado no fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente 
ou com o auxílio de marteletes pneumáticos. 
 Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o modelo fique para cima. 
 
Figura 3-3: Fabricação do molde de areia etapa 2 [16] 
 Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, é então posta sobre a primeira caixa. 
Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche-se a caixa com 
areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia. 
Figura 3-2: Fabricação do molde de areia etapa 1 [16] 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
17 
 
 
Figura 3-4: Fabricação do molde de areia etapa 3 [16] 
 O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas. 
 Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa. 
 
Figura 3-5: Fabricação do molde de areia etapas 4 e 5 [16] 
 Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo. 
 Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se 
presilhas ou grampos. 
 
Figura 3-6: Fabricação do molde de areia etapas 6 e 7 [16] 
 Depois disso, o metal é vazado e após a solidificação e o resfriamento, a peça é 
desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém-se, assim, a peça fundida, que depois 
é limpa e rebarbada. A sequência da preparação do molde que descrevemos é manual. Nos 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
18 
 
casos de produção de grandes quantidades, usa-se o processo mecanizado com a ajuda de 
máquinas de moldar automáticas ou semiautomáticas que permitem a produção maciça de 
moldes em reduzido intervalo de tempo. 
Outro tipo de molde utilizado neste processo por gravidade é um molde permanente 
chamado de coquilha. Por ser um molde permanente, tem-se a vantagem de não precisar ter um 
modelo e nem se ter que fabricar um molde para cada peça. Seu uso está limitado 
principalmente pela a liga metálica a ser fundida. 
 
Figura 3-7: Exemplo de uma coquilha [16] 
 
3.1.2 Alta Pressão ou HPC (High Pressure Casting) 
A fundição sob pressão é um processo de formação no qual o metal fundido é injetado e 
a velocidade e pressão controladas em uma cavidade de um molde permanente, a matriz. 
Nestes processos são usados moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Estes 
moldes são fabricados usinando-se normalmente placas de aço tratado, por isto, este método 
dispensa a fabricação do modelo. Com o advento dos CADs e dos CAMs, que são softwares 
específicos para o projeto de produto e de usinagem, este tipo de molde teve uma evolução 
muito rápida nas últimas décadas, pois agora é possível usinar geometrias bem complexas sem 
perder precisão. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
19 
 
 
Figura 3-8: Usinagem de um molde permanente [14] 
Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a 
cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 500 
mil peças [3], valor este que pode ter grande variação dependendo dos parâmetros do processo. 
Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos os processos 
de fundição, só que isto não ocorre, pois a utilização dos moldes metálicos está restritaaos 
metais com temperatura de fusão mais baixa do que o ferro e o aço, material de que é feito o 
molde. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio, 
certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo dessa restrição é que as altas 
temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo, danificariam os moldes de metal. 
Os produtos feitos em molde permanente, se comparados com peças fundidas em moldes 
de areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento superficial, tolerâncias 
dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas. Por outro lado, além de seu 
emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e médio, e produção em grandes 
quantidades, os moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as ligas metálicas e são 
mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas 
complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da peça após o 
processo de fundição. 
O tempo de preenchimento pode ser de apenas alguns milissegundos para os 
componentes menores e até meio segundo para os maiores. Esse tempo extremamente curto 
para preencher o molde minimiza a tendência do metal solidificar-se prematuramente, e 
possibilita seu fluxo até o preenchimento de seções muito finas. O molde é mantido a uma 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
20 
 
temperatura de aproximadamente 150ºC abaixo da temperatura de solidificação do metal, 
fazendo com que ele se solidifique com muito mais rapidez em comparação a outros processos 
de fundição. Por causa da rápida solidificação, a peça desenvolve propriedades que não podem 
ser desenvolvidas por outros processos. 
Alta pressão de injeção, normalmente de 16 a 69Mpa, é mantida durante a solidificação, 
promovendo preenchimento completo da cavidade e reproduzindo fielmente os detalhes 
complexos, com superfície de excelente qualidade, e alta precisão dimensional. Após a injeção 
da peça, algumas vezes são necessárias operações de usinagem e em muitos casos os 
componentes já têm sua forma final produzida devido à alta precisão obtida por essa fundição. 
O ciclo curto de tempo associado à fundição e a capacidade de obtenção de várias peças em 
cada ciclo faz com que o processo seja vantajoso para altos volumes de produção. 
Ao longo dos anos o processo de fundição evoluiu consideravelmente e hoje é possível 
produzir peças com espessura de parede, acabamentos de superfície e tolerâncias dimensionais 
que eram inimagináveis. Orifícios perfurados e outros atributos são produzidos sem desgaste e 
com tolerâncias muito próximas, eliminando operações caras de usinagem e acabamento. 
Uma das capacidades mais importantes do processo é a possibilidade de redução de 
espessura da parede da peça obtida. Antes, a espessura da parede para componentes estruturais 
era normalmente especificada de acordo com o mínimo que poderia ser fundido, e não de 
acordo com as exigências mecânicas e estruturais. Componentes decorativos exigiam uma 
espessura suficiente de parede para evitar a porosidade e assim garantir uma superfície de 
qualidade. 
As peças atuais podem ser projetadas com maior ênfase nos critérios estruturais e menos 
limitações em termos de processo devido à utilização de sistemas de controle de injeção que 
mensuram, controlam e monitoram o fluxo do metal para a fundição. Além disso, podem ser 
acoplados ao molde sistemas de vácuo que praticamente eliminam a porosidade e promovem 
o preenchimento de partes complexas da peça [11]. 
 
3.1.3 Baixa Pressão ou LPC (Low Pressure Casting) 
O processo de fundição em baixa pressão consiste em preencher o molde e solidificar o 
metal aplicando-se baixos níveis de pressão que podem oscilar entre 0,2 e 1 bar. O metal fica 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
21 
 
dentro de um forno localizado na maioria dos casos abaixo do molde sendo que o metal é 
injetado direto do forno para o molde. Por apresentar boas propriedades mecânicas na condição 
bruta ou após tratamento térmico, produtos automotivos como, cabeçotes de motor, rodas de 
liga leve e carcaças, são largamente produzidos através deste processo. 
 
Figura 3-9: Exemplo de produtos fundidos no processo de baixa pressão [15] 
O processo de fundição em baixa pressão apresenta boa estabilidade produtiva por 
eliminar a influência do homem no processo, permite otimização dos canais de preenchimento 
dos moldes podendo reduzir ou até eliminar os massalotes que auxiliam na alimentação das 
peças. Sendo assim o tempo de processamento na fundição é menor, assim como a quantidade 
de material para re-fusão e as operações adicionais de acabamento dos fundidos. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
22 
 
 
Figura 3-10: Desenho esquemático do processo de fundição em baixa pressão [16] 
As ligas utilizadas em fundição por baixa pressão normalmente são de alumínio, mas 
também podem ser utilizadas neste processo ligas de zinco, bronze e latão. 
Os moldes quase sempre são metálicos, coquilhas, onde se aplicam tintas refratárias 
diversificadas nas superfícies de contato com metal para evitar aderência de metal no molde, 
minimizar a perda de temperatura durante o preenchimento e direcionar a solidificação. 
Existem processos de fundição em baixa pressão que utilizam moldes totalmente 
produzido em areia (quimicamente ligados), porém é utilizado apenas em condições bastante 
específicas. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
23 
 
 
Figura 3-11: Fundição do bloco de motor em molde de areia por baixa pressão [16] 
 
3.1.4 Fundição em Cera Perdida ou Micro Fusão 
O processo de micro fusão, também conhecido como investment casting, fundição de 
precisão ou fundição por cera perdida, é basicamente uma forma econômica de se fabricar 
componentes próximos de sua forma final, com precisão e bom acabamento superficial, em 
virtualmente todos os tipos de liga metálica. É um processo industrial com rígidos e refinados 
controles em cada etapa de fabricação. Utiliza um modelo consumível de cera ou plástico 
obtido por injeção em matriz metálica ou matriz de silicone usada na fabricação de joias. A 
seguir vários canais, também de cera ou plástico, são unidos ao modelo para facilitar o 
escoamento do metal no molde na fundição e na solidificação. Esta montagem, chamada de 
árvore de modelos, é posteriormente revestida com material refratário formando a casca 
cerâmica. Após uma aceitável resistência e espessura a casca está pronta, a cera ou plástico são 
então removidos por fusão ou queima. A casca é então aquecida até a temperatura desejada e 
o metal líquido vazado na cavidade antes ocupada pelo modelo. Após o resfriamento a 
temperatura ambiente, a casca é removida mecânica ou quimicamente. A peça, separada dos 
canais por corte ou tocha, é limpa, inspecionada, tratada termicamente e expedida. 
 
Figura 3-12: Joias sendo fabricadas pelo processo de cera perdida [16] 
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24 
 
3.1.5 Fundição por Centrifugação 
Na fundição centrifugada as formas cilíndricas ou simétricas, por exemplo tubos de 
grande porte podem ser vazadas usando a força centrífuga num molde giratório, de modo a 
forçar o metal a entrar sob pressão para o interior deste. Neste processo de fundição o canal de 
vazamento está normalmente localizado junto ao centro de rotaçãoda peça. A força centrífuga 
gerada pela rotação ajuda a que o metal vazado sob pressão preencha pequenas secções e 
mantenha um bom contato entre a moldagem e o metal. Neste processo os elevados fluxos de 
calor que se escoam proporcionam uma redução do tempo de solidificação, resultando em 
melhores propriedades mecânicas dos fundidos. 
 
Figura 3-13: Vazamento de aço fundido em coquilha centrifugada [16] 
Na realização de uma peça, a temperatura é mantida o mais baixo possível, mas 
permitindo ainda a obtenção de peças sem defeitos. A introdução de metal no molde pode ser 
efetuada por um ou pelos dois topos ou ainda por um canal de espessura variável. A velocidade 
de derramamento do metal varia de acordo com o metal utilizado e o tamanho do fundido a 
produzir. 
 
3.1.6 Fundição Contínua 
Todas as vezes que se funde um metal, o líquido metálico servirá, em seguida ou para 
produzir peças fundidas (fundição propriamente dita), ou para produzir lingotes. Os lingotes 
são posteriormente submetidos a tratamentos mecânicos. A lingotagem constitui, portanto uma 
importante operação que deve necessariamente preceder os tratamentos mecânicos dos metais 
(laminação, forjamento, extrusão, etc.). 
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25 
 
O sistema mais comum de lingotagem é o em que o molde se mantém estático durante o 
vazamento, em posição vertical, enquanto o metal é vazado de uma panela de transferência. 
Este é o caso mais comum, muitíssimo empregado no lingotamento de aços e também de ligas 
não ferrosas. 
Existem sistemas de revolução panela-molde em que a panela de vazamento e a lingoteira 
são movimentadas simultaneamente, de maneira a obter-se um vazamento menos turbulento. 
Estes sistemas de revolução aplicam se as ligas que tendem a oxidar-se facilmente, o vazamento 
sem turbulência, visa impedir o emulsionamento dos óxidos no interior do metal. 
A fundição ou lingotagem continua dos metais, permite a obtenção de uma estrutura 
compacta isenta de vazios, extremamente uniforme ao longo do lingote, com cristais colunares 
desenvolvendo-se da periferia para o centro. 
 
Figura 3-14: Sistema de lingotagem contínua [16] 
 
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26 
 
3.2 FUNDIÇÕES POSSÍVEIS PARA FABRICAÇÃO DO LINK 
Analisando os processos de fundição disponíveis em larga escala descritos neste 
Capítulo, fica evidente que o único processo de fabricação atualmente disponível capaz de 
atender a essa demanda é a fundição em alta pressão. 
Basicamente, existem duas classes de injetoras de metal sob alta pressão de uso mais 
frequente, as de câmara quente e as de câmara fria Figura 3-15. 
 
Figura 3-15: Injetora com câmara quente a esquerda e fria a direita [14] 
 
3.2.1 Injetora de Câmara Quente 
Na fundição sob pressão em máquinas com câmara quente, as principais ligas utilizadas 
são de zinco e magnésio. Essas ligas apresentam temperaturas de trabalho menores em 
comparação com as ligas de outros processos de fundição e por isso desgastam menos os 
materiais com os quais estão em contato direto ou aqueles expostos as altas temperaturas. Por 
essa razão é viável automatizar o processo de alimentação através de um sistema imerso 
diretamente no metal fundido, fazendo com que esse seja o processo de fundição com ciclos 
mais rápidos, com menores perdas de temperatura e com material mais limpo. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
27 
 
 
Figura 3-16: Esquema de injetora com câmara quente [14] 
 
3.2.2 Injetora de Câmara Fria 
Se a liga se funde a uma temperatura mais alta, o que prejudicaria o sistema de 
bombeamento (cilindro e pistão), usa-se a máquina de fundição sob pressão de câmara fria, 
empregada principalmente para fundir ligas de alumínio e cobre. O princípio de funcionamento 
desse equipamento é o mesmo. A diferença é que o forno que contém o metal líquido é uma 
unidade independente, ou seja, é necessário um operador ou um robô pegar o metal líquido de 
dentro da panela e inserir na máquina todo ciclo. 
Por conta disso, este processo é mais vulnerável a problemas com oxidação e sujeira no 
material, além de ser menos produtivo também, pois o tempo de ciclo total é bem maior. 
 
Figura 3-17: Esquema de injetora com câmara fria [14] 
 
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28 
 
3.3 ESCOLHA DO PROCESSO UTILIZADO 
A escolha pelo tipo de injetora a ser utilizada não foi definida apenas pelas características 
das máquinas e pelo o que elas implicam no processo, mas também pelo material a ser utilizado 
pela peça. Pois não é possível utilizar o alumínio em uma injetora de câmara quente, porque 
além do material ser mais abrasivo sua temperatura de vazamento fica em torno de 700ºC, o 
que danificaria rapidamente os anéis do pistão e o gooseneck (um componente da injetora de 
câmara quente). Também não é producente utilizar o ZAMAC (liga metálica a base de zinco) 
em uma injetora de câmara fria, ou seja, a definição do material e tipo de injetora estão 
diretamente relacionados. 
Levando em consideração todos os fatores descritos na sequência, foi decido utilizar uma 
liga de ZAMAC 5 para o material do Link, injetando-o em uma máquina de câmara quente. 
 
3.3.1 Definição do Material do Link 
Existem duas opções principais de materiais para a fabricação em alta pressão que sejam 
capazes de atender aos requisitos mecânicos exigidos nesse projeto, o ZAMAC ou o Alumínio. 
A liga de ZAMAC foi desenvolvida nos Estados Unidos, no início do século passado 
com formulações adequadas para a aplicação em processos de fundição por gravidade. O seu 
nome teve origem nas iniciais dos elementos formadores da liga: Z (Zinco), A (Alumínio), Ma 
(Magnésio) e C (Cobre). Em alguns países é comum o nome da liga ser escrito com a letra K 
(de Kopper). 
Ao longo do tempo vem sendo desenvolvidas diversas ligas de ZAMAC para aplicações 
em fundição por gravidade (nºs 2, 8, 12, 27), fundição sob pressão (nºs 3, 5 e 7) e centrifugação 
(liga ZL4C ZAP). No Brasil predomina o uso das ligas nº3 e nº5 (principalmente), além da liga 
para processos de centrifugação [17]. No Anexo [2] estão listadas as composições químicas de 
cada ZAMAC. 
Existem diversas ligas de alumínio para fundição comercializadas no Brasil, entre elas 
SAE 303, SAE 305, SAE 306, SAE 309... variando muito pouco a composição química entre 
elas, fazendo com que cada uma dessas ligas possua propriedades distintas, como resistência 
mecânica, à fadiga, à corrosão, variação de usinabilidade entre outros. A liga mais utilizada na 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
29 
 
indústria Brasileira para a fundição em alta pressão é a SAE 306, por ter um melhor custo 
benefício em relação as propriedades e seu valor de mercado. 
Os fatores que levaram à definição do uso da liga de ZAMAC 5 em detrimento ao 
alumínio são: [11] Anexo [1] 
 O limite de escoamento e resistência à tração em temperatura ambiente das peças 
fundidas em ligas de zinco é muito superior ao limite do alumínio. 
 
Figura 3-18: Propriedades dos materiais I [11] 
 As ligas de zinco apresentam um alto grau de absorção de energia em regime plástico 
quando sujeitas a níveis destrutivos de carga. Em uma ruptura, os níveis de alongamento 
podem normalmente variar entre 4% e 6%, mas podem também alcançar até 12% em 
paredes mais espessas. Isso significa quefalhas repentinas e catastróficas podem ser 
evitadas através da observação dos sinais de distorção apresentados pela peça fundida 
em ligas de zinco ao ser sobrecarregada. Em comparação, o alumínio sofre falha mais 
repentina em um nível de cerca de 3% e sem nenhum sinal de distorção. 
 A resistência ao cisalhamento, torção e flexão, das peças fundidas em ligas de zinco é 
muito superior à do alumínio, pois possui um Módulo de Young de cerca de 96GPa. 
Projeto de Fim de Curso SELEÇÃO DO MÉTODO DE FABRICAÇÃO PRIMÁRIO 
 
30 
 
 Em temperatura ambiente normal, as peças fundidas em ligas de zinco possuem uma 
resistência muito maior ao impacto que o alumínio fundido. 
 
Figura 3-19: Propriedades dos materiais II [11] 
 Por ter uma contração quase insignificante, as peças produzidas com ZAMAC são 
extremamente precisas, em torno de 2 a 4 vezes mais do que peças injetadas com ligas 
de alumínio. 
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31 
 
 
Figura 3-20: Precisão de alguns processos de fabricação [11] 
 Economia de energia: por ter um ponto de fusão muito mais alto, peças injetadas com 
alumínio gastam cerca de 50% mais energia do que as com ZAMAC. 
 Baixo desgaste do molde: por ser muito menos abrasivo, o zinco oferece economias de 
custos consideráveis, porque o molde normalmente dura entre 750 mil a 2 milhões de 
injetadas. O alumínio tem dificuldade para alcançar 300 mil injetadas. 
 
3.3.2 Definição da Injetora 
Para se fabricar peças com volume pequeno, ou seja, que exijam uma pressão de 
fechamento menor no molde, é muito mais vantajoso utilizar uma injetora de câmara quente 
por diversos fatores: 
 Este maquinário dispensa o operador ou o robô para alimentá-la. Com isso o processo 
fica mais rápido. 
 As peças tendem a ficar muito mais limpas, pois o material não tem quase contato 
nenhum com o ar, ou seja, não se oxida, e a borra de sujeira da camada superficial do 
forno não corre o risco de ser injetada misturada com o material limpo. 
 Por essa máquina operar com temperaturas menores, sobre menos desgaste térmico. 
 O molde pode ser melhor aproveitado, pois o ponto de injeção fica no seu centro, sendo 
possível assim desenvolver um projeto para se injetar mais peças por ciclo estas estando 
dispostas de forma simétrica. 
 
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4 PROJETO DO MOLDE 
 
O molde é a ferramenta responsável por criar a peça, ou seja, o projeto do molde é o fator 
determinante para a qualidade do produto final acabado. Como é a primeira etapa da fabricação 
da peça, todo o erro e defeito apresentado pelo molde vai se propagar ao longo de todo a sua 
fabricação. 
Além de ser extremamente complexo, projetar um molde é um trabalho muito difícil, 
pois não existe um meio de visualizar o que acontece com o material durante o seu 
preenchimento, fazendo com que a avaliação das causas dos possíveis defeitos gerados seja 
quase impossível. 
A Figura 4-1 representa uma seção de corte de um molde para câmara quente genérico. 
O material entra no molde pelo ponto F, que é definido pela posição do bico injetor da máquina 
injetora, ou seja, nem todo molde pode ser usado em qualquer injetora. A partir do ponto F, o 
material passa pelo espalhador H, que tem por objetivo mudar a direção do deslocamento do 
material, que entra no molde na horizontal e passa a vertical nos canais de entrada G seguindo 
a linha de fechamento do molde A. O material faz todo esse percurso até conseguir chegar nas 
cavidades L. Uma vez o molde preenchido e as cavidades já completamente solidificadas, o 
conjunto fundido é extraído do molde pelos pinos extratores J, que são fixos a placa extratora 
E. 
O lado B do molde, chamado de parte fixa, fica sempre parado em relação à injetora, 
enquanto todo o resto abre e fecha a cada ciclo de injeção. Os rack’s, também chamados de 
coluna K, tem a função de manter o alinhamento de todas as placas durante a abertura e 
fechamento do molde [11]. 
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33 
 
 
Figura 4-1: Componentes de um molde [11] 
Neste trabalho será abordado todos os aspectos de um projeto de molde que são 
fundamentais para a fabricação de uma peça otimizada e livre de defeitos. 
 
4.1 A CAVIDADE 
A cavidade é o vazio do molde que originará a peça. Não tem necessariamente a mesma 
geometria da peça final, pois existe o fator de correção volumétrica devido à contração do metal 
durante a solidificação, e algum possível sobre material em alguma região. 
Para se projetar uma peça fundida devem ser levados em conta fatores de diversas 
naturezas diferentes, como aspectos construtivos, fenômenos que ocorrem durante o 
preenchimento e durante a solidificação do metal líquido no interior do molde, de modo a evitar 
que os defeitos originados a partir desses fenômenos apareçam nas peças produzidas [1]. 
 
4.1.1 Controle da Estrutura Dentrítica 
Em relação à micro estrutura interna do material, podemos observar que durante a 
solidificação da peça ocorre a cristalização do material, que consiste no aparecimento das 
primeiras células cristalinas unitárias, que servem como "núcleos" para o posterior 
desenvolvimento ou "crescimento" dos cristais, dando, finalmente, origem aos grãos 
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definitivos e à "estrutura granular" típica dos metais. Esse crescimento dos cristais não se dá, 
na realidade, de maneira uniforme, ou seja, a velocidade de crescimento não é a mesma em 
todas as direções, variando de acordo com os diferentes eixos cristalográficos; além disso, no 
interior dos moldes, o crescimento é limitado pelas paredes destes. Como resultado, os núcleos 
metálicos e os grãos cristalinos originados adquirem os aspectos representados na Figura 4-2 
[1]. 
 
Figura 4-2: Estrutura cristalina do metal solidificando [14] 
A figura (a) mostra o desenvolvimento e a expansão de cada núcleo de cristalização, 
originando um tipo de cristal que poderia ser comparado a uma árvore com seus ramos; a esse 
tipo de cristal dá-se o nome de dendrita. As dendritas formam-se em quantidades cada vez 
maiores até se encontrarem; o seu crescimento é, então, impedido pelo encontro das dendritas 
vizinhas, originando-se os grãos e os contornos de grãos, que delimitam cada grão cristalino, 
formando a massa sólida. 
A figura (b) mostra o caso particular da solidificação de um metal no interior de um 
molde metálico, de forma prismática, o qual vai originar uma peça fundida chamada lingote. 
Nesse caso, a solidificação tem início nas paredes com as quais o metal líquido entra 
imediatamente em contato; os cristais formados e em crescimento sofrem a interferência das 
paredes do molde e dos cristais vizinhos, de modo que eles tendem a crescer mais rapidamente 
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na direção perpendicular às paredes do molde. Origina-se, então, uma estrutura colunar típica, 
até uma determinada profundidade, como a figura (b) mostra. 
A figura (c) demonstra que grupos colunares de cristais, crescendo de paredes contíguas, 
se encontram segundo planos diagonais por causa dos cantos vivos, gerando assim efeitos 
indesejáveis. Essesefeitos indesejáveis resultam do fato dessas diagonais constituírem planos 
de maior fragilidade [1]. 
Para evitar o aparecimento desses planos diagonais, melhorar o escoamento do fluido 
dentro do molde evitando o aparecimento de pequenas zonas de turbulência, e para evitar 
concentrações de tensões pontuais, as seções da peça não devem ter cantos vivos, como mostra 
a Figura 4-3. 
 
Figura 4-3: Peças com adoçamentos [14] 
Por isso todas as arestas da cavidade apresentam arredondamentos, que variam de raio 
dependendo da região. Quanto maior for o raio, melhor para se evitar esse tipo de problema, 
mas questões como funcionalidade e design da peça limitam o valor desses arredondamentos. 
 
4.1.2 Espessura Mínima das Paredes 
A fundição por alta pressão é um processo “forçado”, como o próprio nome sugere, ele 
utiliza pressão externa para fazer com que o material preencha o molde. Por esse motivo, é 
possível projetar peças com paredes muito delgadas sem muita preocupação com o 
preenchimento por completo do molde e solidificação durante essa fase. 
A Figura 4-4 apresenta algumas recomendações a respeito das seções mínimas das 
peças fundidas [1]. 
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Figura 4-4: Tabela com recomendações de espessura mínima [14] 
É possível observar que para uma liga de Zinco utilizando um processo de alta pressão, 
a parede mínima recomendada é muito fina. Todas as regiões do Link atendem a essa 
recomendação. 
 
4.1.3 Sobremetal 
Na maioria dos processos de fundição, para se produzir o produto final, a peça após ser 
fundida precisa passar por alguma etapa de usinagem para que se atenda as tolerâncias 
dimensionais exigidas. Por isso elas precisam ter um sobre material em alguma região 
específica ou até mesmo na peça toda, para compensar a contração volumétrica. 
Neste caso em estudo, a contração que a peça sofre durante a solidificação é de 0,6% 
do volume total da peça. 
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Como o Link não possui nenhuma superfície que vai montada a outra peça que possua 
um ajuste fino, ou seja, as próprias tolerâncias alcançadas pelo processo de injeção são 
suficientes para garantir a montagem do Link no conjunto do limpador. Por isso essa peça não 
possui sobre metal em nenhuma região. 
 
4.1.4 Superfície de Partição e Ângulo de Saída 
Para que a peça após ser fundida possa ser desmoldada, ela precisa ter uma superfície 
de partição e um ângulo de saída. 
A superfície de partição é a superfície que delimita as 2 partes principais do molde, 
todas as faces da peça têm que ter um ângulo de saída positivo, pois se não a peça não pode ser 
desmoldada. Como é possível observar pela Figura 4-5, as faces dos furos laterais não possuem 
saída em relação ao eixo principal da peça, ou seja, para poder gerar essa geometria é preciso 
que o molde tenha “gavetas” nessas regiões. 
As “gavetas” aproveitam o movimento horizontal de abertura do molde para fazer um 
movimento na direção perpendicular e assim retirar os machos, que são os insertos internos, 
necessários para se criar essa geometria complexa na peça. 
Pela Figura 4-5 também é possível observar por onde vai passar a superfície de partição 
do molde, exatamente onde acontece a mudança de cor do azul para a rosa. 
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Figura 4-5: Superfície de partição da peça 
 
4.2 CANAL DE ALIMENTAÇÃO 
O canal de alimentação é responsável por conduzir o metal líquido do bico injetor até a 
cavidade da peça. A Figura 4-6 mostra um exemplo de um canal de alimentação (laranja) de 
uma peça de alumínio fundida pelo processo de alta pressão. Neste caso, o molde possui 2 
cavidades, pois são produzidos 2 produtos (verde) por ciclo de injeção, sendo que cada peça 
possui 3 entradas, pois o canal alimenta uma mesma peça em 3 locais diferentes. O conjunto 
do canal, com as peças e as possíveis bolsas é denominado de “galho”, ou seja, o galho é o 
resultado de tudo que foi fundido dentro do molde. 
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Figura 4-6: Exemplo de um galho de alumínio 
O canal de alimentação desempenha um papel fundamental na qualidade final da peça, 
pois a sua geometria é o principal parâmetro determinante do comportamento do material 
durante o preenchimento da peça. Normalmente todos os outros parâmetros controláveis do 
processo de fundição por alta pressão não influenciam de forma tão significativa no 
comportamento do preenchimento, pois esses outros parâmetros, que serão explicados com 
mais propriedade nos capítulos futuros, não podem variar de forma relevante pois isso 
implicaria no surgimento de outros problemas no processo. Sendo assim, praticamente toda a 
dificuldade de se projetar um molde para fundição de alta pressão está na determinação da 
geometria do canal de alimentação [2]. 
Os principais requisitos a serem considerados para se projetar um bom canal de alimentação 
são [2]: 
 Menor volume possível: Isso irá aumentar o rendimento de material que é a razão entre 
a massa da peça fundida pela a massa do conjunto fundido (peça + canal + bolsas), 
permitindo assim se produzir mais peças com o mesmo suprimento de metal líquido. 
Outro fator importante é que quanto menor for o volume do canal, menos energia 
térmica vai ser gasta para refundi-lo. Isso vai causar um grande impacto na 
produtividade de no custo de produção. 
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 Fazer com que apenas o metal líquido entre na cavidade do molde: Não permitir a 
entrada de escória, óxidos, areia, ar ou outros gases, evitando assim o aparecimento de 
defeitos devido a essas impurezas. 
 Fazer com que o material preencha a peça em uma linha de frente única: Não deixar 
que durante o preenchimento o material se encontre nele mesmo, ou seja, fazer com 
que o preenchimento se dê de uma forma contínua. Este encontro de material pode 
acarretar problemas como a “solda fria”, que acontece quando a temperatura do 
material está baixa e ele não consegue se fundir nele mesmo de uma maneira 
adequada, ou aprisionamento de sujeira, ocasionando o aparecimento de trincas e 
comprometendo a integridade estrutural da peça. 
 Não permitir o aprisionamento de ar: O canal de alimentação deve fazer com que o 
fluxo de metal líquido preencha a cavidade sem que fique nenhum local por onde o ar 
não possa escapar. Dependendo da geometria da peça isso pode se tornar muito difícil 
ou quase impossível de ser feito, mas para resolver este tipo de situação existem alguns 
artifícios que podem ser usados, como a colocação de bolsas ou saídas de ar. 
Dependendo do volume de ar aprisionado, a peça final pode apresentar 
macroporosidades. 
 Ser facilmente removível: Após o preenchimento do molde com metal líquido e sua 
subsequente solidificação, o conjunto de peça mais o canal é retirado do molde. Logo 
em seguida o operador deve ser capaz de separar o canal da peça sem obviamente 
danificar a peça. 
 
4.2.1 Dimensionamento do Canal de Alimentação 
Não existe uma equação que preveja o comportamento do material para qualquer tipo de 
geometria, por isso é impossível prever de forma analítica