Aulas 08 e 09- Processos de Moldagem e Macharia em Areias

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Disciplina: Processos de Fabricação 
Parte 2: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran 
Dr. Eng. Metalúrgica
Aulas 08 – Processos de Moldagem em Areia à Verde
1. Introdução
Divisão clássica dos materiais de moldagem
Aspectos relevantes no comportamento dos materiais de moldagem
2. Processos de Fundição em Moldes de Areia
Tipos de ligantes
Areias para moldes e para machos
Métodos para compactação de moldes e machos.
3. Moldagem em Areia à Verde.
Características tecnológicas de um molde de areia.
Fatores determinantes das características tecnológicas.
Constituintes das misturas.
Moldagem manual
Moldagem mecânica – Máquinas de Moldagem
Caracterização das matérias primas de moldagem através de Ensaios de Laboratório de Areias.
Programa de controle de um sistema de areias.
Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem
Moldes 
Metálicos 
Moldes
de Areia 
Destrutíveis (uma utilização)
A areia pode ser reciclada
Piores precisões dimensionais
Não Destrutíveis (vida finita)
Limitações quanto a peso das peças e 
temperatura do metal
Melhores precisões dimensionais
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Aspectos Relevantes no Comportamento dos 
Materiais de Moldagem
• Projeto e construção dos moldes
• Comportamento dos moldes durante o processo
• Ensaios e controle das propriedades dos 
materiais de moldagem
• Significado metalúrgico dos moldes
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Processos de Fundição em Moldes de Areia
Tipo 
de 
Ligante
Inorgânicos
Orgânicos
Argilas
Resinas
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Características necessárias para um 
molde de areia
Plasticidade ⇒ Resistência a esforços (extração do modelo)
Consistência ⇒ Reproduzir e conservar a forma da cavidade após a extração do modelo
Refratariedade ⇒ Resistir às temperaturas elevadas às quais são submetidos
Permeabilidade ⇒ Permitir a saida do ar e de gases da cavidade 
do molde
Colapsibilidade ⇒ Devem ser facilmente destrutíveis após a solidificação das peças
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Areias para
Moldes
À Verde Bentonita +Água
Aglomerados com Resinas
Areias para
Machos
Aglomerantes 
orgânicos/inorgânicos
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Areias para
Moldes
Areias para
Machos
Areia à Verde
Areia Seca
Areia de Cura à Frio (Cold Box)
Areia para Shell Moulding
Areia + Silicado de Na + CO2
Areia de Cura à Quente (Hot Box)
Areia + Óleo de Linhaça
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Métodos de Compactação Usados na Produção de Moldes
1. Socamento Manual 2. Compressão
3. Ação Vibratória 4. Arremesso
Areia
P
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Métodos de Compactação Usados na 
Produção de Machos1. Socamento Manual
Ar comprimido
Bocais
Câmara
Caixa de 
Machos
2. Sopro e Disparo
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Areias para Moldagem à Verde
2. Constituintes da Mistura.
1. Características de um Molde de Areia.
3. Caracterização dos Constituintes e da 
Mistura através de Ensaios de Laboratório.
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Características Tecnológicas de um 
Molde de Areia
• Permeabilidade
• Estabilidade Térmica Dimensional
• Inércia Química
• Difusividade Térmica
• Refratariedade
• Desmoldabilidade
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Fatores determinantes das 
características tecnológicas
• Qualidade dos materiais de moldagem.
• Teores dos constituintes.
• Forma de preparação da mistura.
• Forma de compactação.
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MOLDAGEM EM AREIA A VERDE : 
AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS
Areia Base ⇒ constituinte granular refratário
Aglomerante ⇒ bentonita ⇒ ação de ligação entre 
os grãos da areia base.
Água ⇒ ligações químicas ⇒ “aglomeração” dos grãos
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• aumenta resistência aos efeitos da expansão 
térmica da sílica
Aditivos:
Pó de Carvão:
• atenua efeitos de expansão da sílica
• reduz contato do metal líquido com a superfície do 
molde ⇒ Melhora o acabamento superficial
Amido de Milho (Mogul)
• aumenta a plasticidade
Dextrina
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Moldagem 
Manual
• Peças de grande porte e/ou produzidas em
pequena escala
• Utiliza modelos soltos e soquetes manuais ou 
marteletes pneumáticos.
• Apresenta limitações quanto a precisão dimensional 
e o acabamento superficial das peças obtidas
• Os moldes obtidos são muito heterogêneos
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Moldagem 
Mecânica
• Peças de pequeno e/ou médio portes
• Produção em grandes séries
Utiliza Máquinas ou 
Prensas de Moldagem 
• Modelos geralmente em placas (em um ou nos 
dois lados da placa → “match plate”
• Permite obtenção de peças com melhor 
precisão dimensional
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Máquinas de Moldagem
1. Somente por Impacto
• Movimento de ascensão e descenso 
da placa de suporte. 
• 1a geração de Máquinas de 
Moldagem
• Utilizada para Moldes de 
Pequeno PortePistão de Vibração
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Máquinas de Moldagem
2. Impacto + Compressão
• Combinam ações de impacto e 
compressão.
• Indicadas para moldes maiores 
que exigem maiores esforços.
P
Pistão de Vibração
Placa de 
Compressão
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Máquinas de Moldagem
3. Prensas de Moldagem
DISAMATIC
Prensa Especial de 
Moldagem
• Partição Vertical do Molde
• Opera sem caixa
• 03 Modelos com Dimensões 
Padronizadas
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DISAMATIC
Seqüência de 
Operações:
MOLDAGEM
EXTRAÇÃO DO MODELO
COLOCAÇÃO DE MACHOS
FECHAMENTO
VAZAMENTO/RESFRIAMENTO
DESMOLDAGEM
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Caracterização das Matérias Primas de Moldagem 
através de Ensaios em Laboratório de Areias
Areia 
Base
Granulometria
Teor de Argila AFS 
Módulo de Finura
Coeficiente de 
Angularidade
Concentração
Teor de Finos
Partículas < 20µm
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à VerdeCaracterização das Matérias Primas de Moldagem 
através de Ensaios em Laboratório de Areias
Bentonita
Partículas Grossas
(% retido em 200 mesh)
Inchamento → troca iônica
Adsorção de Azul de Metileno →
grau de pureza (troca iônica)
Mistura Padrão (5% bentonita) →
Ensaios Tecnológicos
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Programa de Controle de um Sistema de Areias
Propriedades 
Tecnológicas
Variáveis de 
Composição
Resistência
Plasticidade
Permeabilidade
Compactibilidade
Teor de Umidade
Teor de Argila Total (AFS)
Teor de Argila Ativa
Granulometria
Teor de Voláteis
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde
Disciplina: Processos de Fabricação 
Parte 2: Fundição
Professor: Guilherme O. Verran 
Dr. Eng. Metalúrgica
Aulas 09 – Processos de Moldagem e Macharia em Areias Aglomeradas com Resinas
1. Introdução
Diferentes processos de moldagem e macharia que utilizam areias aglomeradas com resinas.
2. Processos de Moldagem e Macharia
Areia – Silicato de Sódio – CO2
Areia – Cimento.
Shell Moulding
Caixa Fria (Cold Box)
Caixa Quente (Hot Box)
Constituintes das Misturas
§ Processamento
§ Mecanismos de Cura
§ Características dos Moldes/Machos
§ Vantagens e Limitações.
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SHELL MOULDING (Moldagem em Casca)
Constituintes 
da Mistura
Areia 
Base +
Resina 
Termofixa + Catalizador
Mecanismo 
de Cura
O filme de resina é total ou parcialmente 
polimerizado pela ação do calor.
AREIA COBERTA
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians.
SHELL MOULDING
Procedimento para Obtenção de Moldes Shell
• Mistura ⇒ Areia “Coberta”
• Colocação da areia em caixa basculante.
• Basculamento da areia sobre a placa modelo (recoberta 
com desmoldante e pré-aquecida à 200-2600C.
• Manutenção pelo tempo necessário à formação da espessura 
de casca desejada.
• Basculamento para remoção da areia não curada.
• Extração da casca (meio molde).
• Fechamento do Molde (colagem de duas cascas).
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Caixa Basculante
Suporte
Areia 
Coberta
Placa Modelo
Casca curada
Processo Shell Moulding
a) Modelo é erguido em direção à caixa basculante
b) Areia “cura”em contato com a placa aquecida 
c) Modelo e caixa são basculados. d) Modelo e “casca” são abaixados..
e) A “casca” (meio molde) é extraída da placa modelo.
f) Molde obtido 
pela união entre 
02 “cascas”.
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Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2
1.Processamento
• Mistura (areia + Silicato de Na) 
• Compactação (molde ou macho)
• Gasagem com CO2
2. Mecanismo 
de Cura:
• Modificações fisico-químicas 
produzidas no filme de silicato 
pela ação do CO2
⇒
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3. Características dos moldes/machos:
• Elevada Rigidez ⇒ Estabilidade dimensional em peças de grande porte.
• Baixa Colapsibilidade ⇒ Restrições na utilização e necessidade de aditivos.
Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians.
Processo Areia - Óleo
2. Mecanismo 
de Cura
• Filme de óleo sobre as partículas 
de areia polimeriza sob a ação do 
calor ou de aceleradores químicos.
1. Processamento
• Mistura (areia + óleo de linhaça) 
• Compactação (molde ou macho)
• Estufagem (200-2500C) → 1-4 h
• Cura ao Ar → 4-24 h
⇒
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Processo Areia - Óleo
3. Características dos moldes/machos: 
• Baixa Rigidez ⇒
Indicado principalmente 
para machos pequenos e de 
geometria simples.
• Alta Colapsibilidade ⇒
Poucas restrições na 
utilização e dispensa o 
uso de aditivos.
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Processo Caixa Fria (Cold Box) 
1. Processamento
• Mistura: Areia + Sistema Fenólico-
Uretânico (resina fenólica +isocianato)
• Compactação (molde ou macho)
• Introdução do Catalisador (Amina 
Terciária ) noa forma de suspensão em 
um gás (CO2 - N2 ou ar). 
2. Mecanismo 
de Cura ⇒
Polimerização das resinas sob a 
ação do catalisador do tipo 
amina terciária. 
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Processo Caixa Fria (Cold Box) 
3. Aplicações ⇒ Fabricação de machos em 
pequenas e grandes séries.
4. Características:
• Rapidez na obtenção.
• Excepcional Colapsibilidade.
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Processo Caixa Fria (Cold Box) 
Vantagens:
• Elevada Colapsibilidade
• Elevada produtividade
• Fluidez da mistura
• Excelente acabamento superficial 
• Baixa pressão de compactação
• Dispensa armações metálicas
• Não requer estufagem
• Precisão dimensional
• Utilização imediata após extração
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Processo Caixa Fria (Cold Box) 
Desvantagens:
• Alto custo das resinas e catalizador 
• Rigoroso controle da qualidade da areia
• Necessidade de controle da temperatura 
de trabalho da areia
• Ferramentais para produção seriada 
exigem mais detalhes elevando os custos
• O ambiente precisa ser arejado com 
controle da exaustão
• Baixo tempo de estocagem (elevada 
higroscopia) 
• O sistema de gasagem aumenta o custo 
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Processo Caixa Quente (Hot Box) 
1. Constituintes 
da Mistura
Areia 
Base + Resinas + Catalizador
Resinas
Uréia-formol/álcool furfúrico
Uréia-formol/fenol-formol
Fenol-formol/álcool furfúrico
Catalizador: latente ⇒
Quando decomposto pelo calor da 
caixa de macho, libera o composto 
ativo que provoca a cura. 
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Processo Caixa Quente (Hot Box) 
1. Processamento
• Mistura: Areia + Resina + Catalizador
• Sopro ou tiro da mistura numa caixa 
metálica previamente aquecida.
• Manutenção por um período de tempo 
necessário para a cura
2. Mecanismo 
de Cura ⇒
O calor do ferramental inicia a reação 
exotérmica que endurece o macho 
progressivamente da periferia para o 
centro em função da polimerização da 
resina.
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Processo Caixa Quente (Hot Box) 
3. Aplicações ⇒
Produção de grandes séries de machos 
maciços, de espessura reduzida e com 
elevado índice de complexidade.
• Os machos de maior espessura devem 
ser feitos preferencialmente com resina 
furânica devido maior rapidez na cura
⇓
• Maior rapidez de cura e redução no 
tempo de permanência no ferramental.
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Processo Caixa Quente (Hot Box) 
Vantagens:
• Copia facilmente detalhes (alta fluidez).
• Bom acabamento.
• Usa-se areia mais grossa ⇒ menor consumo 
de resinas.
• Boa colapsibilidade.
• Maior produtividade em comparação com o 
Shell.
• Dispensa estufagem (não sofre deformações)
• Permite o emprego de qualquer tipo de 
misturador (contínuo ou não).
• Aplica-se em Al – Mg – FoFos - Aços
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Processo Caixa Quente (Hot Box) 
Desvantagens:
• Exige energia térmica para cura.
• Ferramentais mais sofisticados e onerosos.
• Não se pode usar qualquer material na 
confecção dos ferramentais (alta abrasão).
• Vida útil da mistura aproximadamente 4h.
• Desprendimento de gases tóxicos durante a 
cura. 
• Dificuldade de cura em paredes mais 
espessas (acima de 30 mm)
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