AULA 03 FUNDIÇÃO EM AREIA VERDE E SHELL MOLDING

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Disciplina: Conformação Mecânica
AULA 03
Fundição em Areia Verde
(continuação) e Shell Molding
Prof. Teofilo Alves
Email: teofiloalves@yahoo.com.br
(82) 98701-1942
Teofilo Alves – Conformação Mecânica
Processos de Fundição
✓ Fundição em Areia Verde
Teofilo Alves – Conformação Mecânica
Processos Mecânicos – Fundição
Características do molde em areia
1. Resistência mecânica
Deve suportar o peso próprio e o peso do metal líquido
2. Permeabilidade
Deve permitir que os gases liberados pelo líquido escapem
3. Resistência à erosão
Deve resistir à ação do líquido que flui durante o vazamento
4. Colapsibilidade
Deve permitir a contração do metal sem perder integridade
5. Baixa aderência ao metal fundido
Deve se separar facilmente do metal quando solidificado
6. Econômico
Baixo custo pois neste caso teremos uma peça por molde
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Processos Mecânicos – Fundição
Elementos da fundição em areia verde
Areia
✓ Composição: areia, argila e água
✓ Deve resistir à pressão e erosão de vazamento
✓ Controle da granulometria: acabamento x saída de
gases.
✓ O molde de areia é destruído para a retirada da peça
fundida.
✓ A areia é até 98% reutilizada.
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Processos Mecânicos – Fundição
Elementos da fundição em areia verde
Características da areia de fundição
✓ Plasticidade e consistência;
✓ Moldabilidade;
✓ Dureza;
✓ Resistência;
✓ Refratariedade etc.
Para determinação dessas características, procede-se a
ensaios de laboratório.
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Elementos da fundição em areia verde
Os componentes de uma areia de fundição:
✓Areia, que é o constituinte básico, no qual devem ser
considerados os característicos de pureza,
granulometria (tamanho de grãos, distribuição
granulométrica, dureza, forma dos grãos, integridade
dos grãos, refratariedade, permeabilidade e
expansibilidade;
✓ Argila, que constitui o aglomerante usual nas areias
de fundição sintéticas (especialmente preparadas);
✓ Carvão moído, eventualmente, para melhorar o
acabamento das peças fundidas.
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Elementos da fundição em areia verde
Os componentes de uma areia de fundição:
✓ Dextrina, aglomerante orgânico, para conferir maior
resistência mecânica à areia quando secada
(estufada);
✓ Farinha de milho gelatinizada (Mogul), que melhora
a qualidade de trabalhabilidade da areia;
✓ Breu em pó, também como aglomerante, que
confere, principalmente em areia seca, grande
resistência mecânica;
✓ Serragem, eventualmente, para atenuar os efeitos
da expansão.
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Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
Modelo:
✓ Principais materiais usados na sua fabricação: madeira,
alumínio, aço, PVC, outros plásticos e até Isopor.
✓ Tem o formato da peça desejada.
✓ Nas dimensões, acrescenta-se a contração térmica e o
sobremetal para acabamentos.
✓ É reutilizado diversas vezes.
✓ É moldado na caixa inferior
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Elementos da fundição em areia verde
Caixa de macho
✓ É o molde de fabricação de macho.
• Bipartido, com união firme por grampos, os moldes
são reutilizados diversas vezes.
✓ Material da caixa de macho: madeira, alumínio, aço, etc.
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Macho
✓ Elemento que produz furos e reentrâncias na peça
fundida.
✓ Feito de areia compactada na caixa de macho.
✓ Deve ter as dimensões inferior à peça acabada: das
dimensões da peça, subtrai-se a contração térmica e o
sobremetal de acabamento.
✓ É alojado no molde (que contém o alojamento adequado
para o encaixe deste)
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Elementos da fundição em areia verde
Macho
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Macho
✓ Para a confecção dos machos, as areias devem
apresentar alta resistência depois de estufadas (secas),
alta dureza, alta permeabilidade e inalterabilidade.
✓ Os seus componentes, além da areia natural e água,
incluem vários tipos de aglomerantes, entre os quais
podem ser citados o silicato de sódio, cimento portland,
resinas, piche, melaços, farinha Mogul, óleos etc.
✓ Os machos são normalmente secados em estufa
(estufados) entre 150º e 250º C.
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Massalote (ou alimentador)
✓ Elemento que realimenta as zonas esvaziadas pelas
contrações líquida de da mudança de fase
✓ É posicionada do lado oposto ao canal de descida.
✓ É moldado por meio de um “modelo” simples na caixa
superior, conectando-se com o molde (caixa inferior).
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Massalote
✓ Repõe as zonas esvaziadas pelas contrações
(a) Contração no estado líquido; (b) contração na mudança de estado; (c)
contração no estado sólido; (d) resulta em peça menor que o molde após o
resfriamento.
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Contração de volume: aparecimento de trincas a quente e a
maneira de corrigi-las.
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Contração de volume:
✓ A contração é expressa em porcentagem de volume.
✓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%).
✓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 a ferro
fundido cinzento comum e o valor 1,5% (mais
precisamente de 1,3 a 1,5%) ao ferro nodular.
✓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.
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Contração de volume:
Tabela: Variação de volume durante a solidificação. A maioria dos materiais
metálicos apresenta redução de volume (-), mas alguns apresentam
expansão (+).
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Canal de descida (ou canal de vazamento)
✓ Juntamente com o canal de entrada, conduz o metal
fundido até o molde.
✓ É moldado por meio de “modelo” simples na caixa
superior.
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Canal de entrada
✓ Normalmente o canal é aberto com o auxílio de
ferramentas manuais para fazer a ligação entre o canal de
descida até o molde.
✓ Pode também ser moldado por meio de um complemento
no modelo. Mas, neste caso é preciso garantir a precisão
de locação do canal de descida.
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Canais no Molde em Areia
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Caixa de moldagem
✓ É dividida em caixa inferior e caixa superior
✓ Fabricadas em aço, as caixas não possuem tampa nem
fundo, só laterais.
✓ Devem resistir às pressões de compactação
✓ A caixa inferior é unida à superior por grampos.
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Etapas produção de uma Biela
Defeito (excesso
de umidade na
areia)
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Etapas produção de uma Biela
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Vantagens da moldagem em areia verde
1. A moldagem por areia verdeé o que exige menos
investimento dentre todos os métodos de produção de
moldes.
2. Há menos distorção de formato do que nos métodos
que usam areia seca.
3. As caixas de moldagem estão prontas para a
reutilização em curto intervalo de tempo.
4. Boa estabilidade dimensional.
5. Menor possibilidade de surgimento de trincas.
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Desvantagens da moldagem em areia verde
1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros
processos que também usam areia.
2. Maior erosão quando as peças fundidas são de
maior tamanho.
3. O acabamento da superfície piora nas peças de
maior peso.
4. A estabilidade dimensional é menor nas peças de
maior tamanho.
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Processos de Fundição
✓ Fundição em Shell Molding
(Moldagem em Casca)
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Processos Mecânicos – Fundição
Fundição em Shell Molding
Shell Molding (moldagem em casca)
✓ As desvantagens da moldagem em areia verde levaram a
pesquisas e desenvolvimento de aglomerantes que
permitissem melhorar as propriedades do molding.
✓ No Shell Molding usa-se resinas como aglomerante da areia.
Com adição de calor a resina provoca uma união firme da
areia e uma casca de aproximadamente 10 mm de espessura
encobre o molde.
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Fundição em Shell Molding (moldagem em casca)
✓ O processo de fundição em casca é também um
processo de fundição em areia;
✓ Neste método a areia não necessita ser
compactada para que o conjunto adquira resistência
mecânica;
✓ Utiliza, no entanto, areia modificada quimicamente
sendo o molde “curado” para adquirir resistência
mecânica. Nesta cura a resina forma uma massa
aderente que mantêm os grãos de areia unidos
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Fundição em Shell Molding (moldagem em casca)
A cura da resina poder ser realizada a quente ou a frio
Cura a frio
1. Processo mais caro
2. Utiliza catalisadores 
ácidos e corrosivos
3. Por isso menos comum
Cura a quente
1. Chamada de shell molding
2. A base de polímeros 
geralmente termofixos
3. Resina corresponde de 3 a 
10% do molde
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Fundição em Shell Molding
Passo a Passo do Shell Molding
1. O modelo é feito de metal, para resistir ao calor e, às vezes à
chama. É fixado numa placa de separação superior/inferior.
Modelos Metálicos para resistir ao calor
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Fundição em Shell Molding
Passo a Passo do Shell Molding
2. A placa é aquecida (200 a 250 °C), juntamente com o
modelo, normalmente por bicos de gás.
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Fundição em Shell Molding
Passo a Passo do Shell Molding
3. Depois de aplicar um desmoldante, deposita-se a mistura de
areia+resina sobre o modelo e a placa.
Uma técnica usual de deposição da areia+resina consistem em
bascular um reservatório desta mistura, como indica a figura.
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Fundição em Shell Molding
Passo a Passo do Shell Molding
4. A resina funde e adere à areia, formando uma casca de 10 a
15 mm de espessura sobre o molde e a placa.
O calor do modelo
funde parcialmente a
resina da mistura que
fica próxima ao
modelo unindo as
partículas de areia,
nesta região
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Passo a Passo do Shell Molding
5. A casca, ainda presa ao modelo, é curada em estufa entre
350 a 450°C por um tempo entre 30 a 40 segundos,
sinterizando-se
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Fundição em Shell Molding
Passo a Passo do Shell Molding
✓ Retirado o modelo, a casca forma o molde.
✓ Adequadamente montado em caixa de areia, o molde recebe
o metal líquido.
✓ Após solidificação e esfriamento da peça fundida, o molde é
destruído e a peça retirada.
✓ A mistura areia-resina que não formou a casca é utilizada em
etapas futuras.
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Passo a Passo do Shell Molding
1. Elaboração de um modelo permanente
2. Fixação do modelo a uma placa metálica que é aquecida (150ºC a 300ºC) e revestida com
desmoldante (Silicone)
3. Fixação de uma caixa com areia pré-revestida com resina à placa-modelo
4. Rotação da caixa e da placa modelo e queda por gravidade da areia sobre o modelo
5. Formação da meia moldação
6. Nova rotação da caixa e da placa-modelo e remoção da areia não polimerizada
7. Repetição para a outra meia moldação
8. União das meias moldações e vazamento do material
9. Extração das peças.
10. Acabamento final das peças
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Passo a Passo do Shell Molding
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Aplicabilidade
✓ Para peças de peso variando desde
dezenas de gramas até 200kg.
✓ Peças que exigem estreitas tolerâncias
dimensionais e ótimo acabamento
superficial.
✓ Peças com secções delgadas e geometria
complexa.
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Vantagens do Processo Shell Molding, em relação à areia verde
✓ Maior precisão, tolerâncias dimensionais mais apertadas, maior
rigor de forma
✓ Menor rugosidade superficial
✓ Redução do volume de areias de moldação
✓ Capacidade de armazenamento das carapaças
✓ Moldações leves
✓ Processo mais econômico que os de areia para produção de séries
de peças
✓ Pode ser totalmente automatizado,
✓ Maior produtividade,
✓ Menor custo operacional,
✓ Menor custo total na produção em série,
✓ Melhor acabamento superficial.
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Desvantagens do Processo Shell Molding, em
relação à areia verde
✓ Maior custo com materiais e energia,
✓ Maior custo para pequenos volumes.
✓ Maior dificuldade em retirar os gases e as resinas
normalmente fazem aumentar a produção de gases.
✓ Limitado a peças relativamente pequenas.
✓ Custo mais elevado das areias pré-revestidas
✓ Custo mais elevado das placas modelo
✓ Limitação do processo a peças pequenas e médias
(resistência mecânica das carapaças)
✓ Areias não recicláveis economicamente
✓ Espessuras mínimas obtidas de 6mm
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Métodos e Equipamentos:
Aquecimento das placas:
✓ Elétrico - Mais caro, melhor controle
✓ Gás - Mais barato, pior controle
Tipos de máquinas:
✓ Reservatório de areia basculante (dump box)
✓ Sopro de areia (sand blowing)
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Placa:
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Reservatório de areia basculante
A parte superior do equipamento contém o
reservatório de areia aquecida e o macho para formar
a “casca”. A “dumpbox”, na parte superior faz o giro e
permite o contato da areia com o macho.
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Reservatório de areia basculante
Vantagens em relação às máquinas de sopro:
1. Simplicidade de operação.
2. Menor custo de ferramental.
3. Melhor controle sobre a dureza do molde.
4. Mínima segregação de aditivos.
Principal desvantagem do processo:
✓ Pode ocorrer desfolhamento da casca no
momento da inversão do molde
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Reservatório de areia basculante
Desfoleamentoda casca. Geralmente ocorre
devido ao desligamento do aquecimento e/ou
inversão precoces.
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Reservatório de areia basculante
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Sopro de areia
Usada para formas mais complexas.
✓ A mistura de areia e resina é soprada por ar a baixa-média
pressão para dentro do macho. O macho é fechado e a
mistura permanece dentro por um período determinado. O fim
deste período o macho é aberto e a mistura que não aderiu à
casca é drenada.
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Sopro de areia
✓ Vantagens: permite formatos mais complexos
e moldes em casca para fundição em pilha.
✓ Pode ocorrer desfoleamento assim como
acúmulo indesejado de material em algumas
faces.
✓ Algumas sopradoras de areia são
basculantes para garantir uniformidade de
espessura
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Exemplos Práticos:
Processo de Shell Molding:
https://www.youtube.com/watch?v=Ul00-KoC1Oc
Fundição em areia e Shell Molding:
https://www.youtube.com/watch?v=4UTOihFEcUc
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