Aula nº 3 Classificação dos processos em moldes permanentes

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21/09/2018
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Ponta Grossa
Aula nº 3 – Classificação dos 
processos em moldes 
permanentes
Professor: Msc. Dannilo Eduardo Munhoz Ferreira
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS EM MOLDES 
PERMANENTES
Processo 
 Como o próprio nome sugere, o molde (metálico)
pode ser utilizado repetidas vezes;
 Um único molde é capaz de produzir muitas peças
(da ordem de 100.000 peças);
 Neste processo o metal líquido pode ser vazado por
gravidade ou sob pressão;
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CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS EM MOLDES 
PERMANENTES
Processo 
 Produz peças com boa precisão dimensional e bom
acabamento superficial;
 É necessário que a peça tenha geometria adequada
para possibilitar a extração do molde.
 É utilizado geralmente na fundição de metais de
baixo e médio ponto de fusão.
MOLDES PERMANENTES
Generalidades 
 Utilizam moldes metálicos ;
 Os moldes são chamados coquilhas ou matrizes;
 Os moldes são fabricados por usinagem de
precisão;
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MOLDES PERMANENTES
Materiais dos Moldes 
 fabricados em ferro fundido, aços resistentes ao
calor, ligas Cr/Ni, Be/Cu;
 confeccionados por processos de conformação
sofisticados (eletro-erosão);
MOLDES PERMANENTES
Moldes 
requerem alta qualidade de acabamento superficial
e precisão dimensional;
devem ser providos de canais, marcações de
macho, respiros para a saída de ar, alimentadores;
devem ser providos de mecanismos de
fechamento do molde e de injeção do fundido;
vida útil  função da natureza e Tf da liga.
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MOLDES PERMANENTES
Confecção dos moldes 
 geralmente por fundição e usinagem de ferros
fundidos ou aços forjados;
 ligas Cr/Ni  usados para ligas de > Tf;
 ligas Be/Cu  para ligas de Cobre.
 confeccionados em partes desmontáveis e
facilmente encaixáveis;
MOLDES PERMANENTES
Confecção os moldes
 na confecção devem ser consideradas expansão e
contração térmica do material do molde;
 paredes do molde não devem apresentar espessuras
muito diferentes  minimizar gradientes térmicos na
coquilha (maior vida útil).
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MOLDES PERMANENTES
Ciclo de produção preparo do molde  limpeza com
jatos de ar ou escova; aspersão de
lubrificantes/revestimentos.
 controle de sua temperatura;
 montagem de machos  refratários ou metálicos 
vazamento  pela parte superior ou por canais que dão
entrada do líquido pela parte inferior;
MOLDES PERMANENTES
Ciclo de produção
 abertura para ejeção do produto  o mais rápido
possível para que as contrações de resfriamento não
sejam restringidas pelo molde não colapsável;
 início do novo ciclo.
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MOLDES PERMANENTES
Vantagens 
 Não há necessidade de modelos;
 A desmoldagem é feita por simples abertura do
molde;
 Novo vazamento pode ser imediatamente feito no
mesmo molde;
MOLDES PERMANENTES
Vantagens 
 Vida útil de moldes pode ser muito elevada –
centenas de milhares de vazamentos podem ser feitos
em um molde;
 Peças com excelente qualidade superficial.
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MOLDES PERMANENTES
Desvantagens 
 Custo de fabricação do molde é muito elevado;
 Uso de moldes metálicos só é justificado para
grandes volumes de produção;
 Ligas de ponto de fusão baixo (apesar de técnicas
especiais pode-se utilizar ligas ferrosas);
 Dimensões limitadas no caso de fundição por injeção
ou centrífuga.
EXEMPLOS DE LIGAS USADAS NO PROCESSO DE 
MOLDES PERMANENTES
 Alumínio e suas ligas;
 Zinco e suas ligas;
 Magnésio e suas ligas;
 Chumbo e suas ligas;
 Bronze (eventualmente);
 Latão (eventualmente).
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APLICAÇÕES DO MÉTODO
 processo adequado para médios e elevados volumes
de produção, principalmente ligas não ferrosas;
 fundidos de paredes não muito dissimilares;
 não permite espessuras de parede menor que 7mm
(elevada extração de calor  o metal perde fluidez
rapidamente);
 geometrias não complexas.
CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS EM MOLDES 
PERMANENTES
 Processo por Gravidade (coquilha).
 Lingotamento Contínuo e Descontínuo;
 Sob Pressão (Injeção):Câmara quente,Câmara fria.
 Fundição à vácuo.
 Fundição a Baixa Pressão.
 Processo por centrifugação.
 Processos por compressão mecânica (squeeze
casting).
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COQUILHA DE VAZAMENTO POR GRAVIDADE
COQUILHA DE VAZAMENTO POR GRAVIDADE
 Limites de peso típicos: 
 70 kg para ligas de Alumínio;
 25 kg para ligas de Magnésio;
 15 kg para ferro fundido;
 10 kg para ligas de Cobre.
* Não é aplicável para aços;
* No caso de ferros fundidos, uso de recobrimento 
refratário.
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Material a ser
fundido
Faixa de Tv Vida do molde
(n° de ciclos)
Fefo cinzento 1.250-1.500 5.000-20.000
Ligas de Al 700-760 até 100.000
Ligas de Cu 1.050-1.150 5.000-2.0000
Ligas de Mg 650-700 20.000-100.000
Ligas de Zn 390-430 100.000 +
VIDA ÚTIL DE MOLDES
 Qualidade do produto:
 superior a de fundidos em areia;
 estrutura mais refinada e com reduzida porosidade.
COQUILHA DE VAZAMENTO POR GRAVIDADE
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 Técnica para fabricação de metais, transformando
material líquido em sólido onde o produto final está na
forma de lingotes, blocos, placas entre outros; que
seguem para processo de laminação ou forjaria.
LINGOTAMENTO
 Solidificação do metal  função da sua utilização
posterior.
 O lingotamento do aço pode ser realizado de três
maneiras distintas:
2 maneiras convencionais (descontínua) e 1 contínua.
LINGOTAMENTO
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 DIRETO: o aço é vazado diretamente na lingoteira;
 INDIRETO: o aço é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base;
 CONTÍNUO: o aço é vazado continuamente para
um molde de cobre refrigerado à água.
LINGOTAMENTO
..\..\Arquivos\Videos\ACIARIA CONVENCIONAL.mp4
LINGOTAMENTO
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 O metal fundido é solidificado dentro da lingoteira 
leva em consideração um tempo de resfriamento.
 Nunca é retirado da lingoteira em tempo intermediário,
visto que há uma curva de resfriamento a ser respeitada
e o não atendimento a este requisito pode implicar em
trincas no lingote.
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
 Como visto anteriormente, pode ser de dois modos:
 DIRETO: o metal é vazado diretamente na lingoteira;
 INDIRETO: o metal é vazado num conduto vertical
penetrando na lingoteira pela sua base
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
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 Molde chamado de lingoteira  repetições para a
produção de novas peças,
 Processo em 3 etapas:
1ª Etapa : Fusão do metal e desgasificação com
argônio;
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
2 ª Etapa : Vazamento; mistura-se partículas de
cerâmica para a favorecer formação de núcleos (grãos +
homogêneos)
3 ª Etapa : Desmoldagem do produto (lingote) 
repete-se as operações usando o mesmo molde.
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
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 Por exemplo, produção convencional de chapas de
alumínio (processo DC ou “Direct chill”)  placas com
20 toneladas (500 – 600 mm de espessura x 2000 mm de
largura x 8000 mm de comprimento). Precisa de um
reaquecimento em torno de 500 ºC para homogeneização
e posterior redução de espessura por laminação.
APLICAÇÃO DO LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO 
(CONVENCIONAL)
Vantagens 
 Simplicidade de operação;
 Proporciona peças semi-acabadas para obtenção de
produtos planos.
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
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Desvantagens 
 Processos demorados (necessidade de
homogeneização e laminação posteriores); Alto gasto energético;
 Baixa produtividade;
 Difícil controle de qualidade.
LINGOTAMENTO DESCONTÍNUO (CONVENCIONAL)
 Técnica aperfeiçoada (e então, amplamente usada) por
volta dos anos 1950 que consiste em fundir e conformar
o produto final numa única operação. Nos casos de aços
e metais com alto ponto de fusão (aços, por exemplo),
são usados moldes lubrificados e com movimentos
oscilatórios para eliminar o atrito.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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LINGOTAMENTO CONTÍNUO
Máquina de 
lingotamento 
contínuo
1. Panela 
2. Tampão 
3. Distribuidor 
4. Válvula Submersa 
5. Molde 
6. Seguimento 
7. Desempeno 
8. Válvula Submersa 
9. Nível do Molde 
10. Menisco 
11. Extração 
12. Material Lingotado
A. Aço Liquido B. Aço Solidificado C. Escória
D. Água de refrigeração E. Material Refratário
 Etapas:
 Consiste em vazar o metal em um molde metálico
refrigerado a água.  o metal líquido vazado para o
distribuidor vazamento por tubo refratário, para o
molde da peça produzida.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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 Intensa transferência de calor molde / aço vazado. O
metal se solidifica  retira-se esse metal pela parte
inferior permitindo assim se produzir o próximo lingote.
Ação mecânica ou gravitacional  extração do lingote.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
 Resfriamento do processo  água, para evitar o
contato do metal com o ar, evitando defeitos por
oxidação  sistema fechado que permite o vazamento
do metal no molde.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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 Processo  para iniciar uma fundição é introduzida
uma barra falsa (iniciador) no molde.
 O contato da superfície com o metal líquido forma
uma “pele”; o iniciador é puxado e o metal líquido vem
junto; quando ele entra em contato com o molde vai
solidificando.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
 Para que não haja “colamento” entre o metal e o
molde são utilizados moldes oscilatórios e lubrificantes.
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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 Por exemplo, produção por lingotamento contínuo de
chapas de alumínio (processo TRC “Twin roll caster”) 
única etapa chapas finas direto para o bobinamento sem
necessidade de laminação adicional (3 – 20 mm de
espessura x 2150 mm de largura x enormes
comprimentos).
APLICAÇÃO DO LINGOTAMENTO CONTÍNUO
..\..\Arquivos\Videos\016 - O Segredo das Coisas -
Aço.mp4
LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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 Vantagens 
 Facilidade de controle de processo;
 Alto rendimento;
 Economia de energia;
 Economia de mão-de-obra;
 Melhoria do controle de qualidade;
VANTAGENS DO LINGOTAMENTO CONTÍNUO
 Menos emissões tóxicas;
 Redução dos níveis de estoque.
VANTAGENS DO LINGOTAMENTO CONTÍNUO
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 Altíssimo custo de instalação.
DESVANTAGENS DO LINGOTAMENTO CONTÍNUO
 Os moldes metálicos utilizados  chamados de
matrizes.
 A matriz  feita de aço ferramenta tratado
termicamente, é geralmente construída em duas partes
que são fechadas hermeticamente no momento do
vazamento do metal líquido.
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
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 O metal é bombeado na cavidade da matriz sob
pressão suficiente para o preenchimento total de todos
os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até
que o metal se solidifique.
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
 Matriz é aberta  peça ejetada por meio de pinos
acionados hidraulicamente. Muitas matrizes são
refrigeradas a água. Isso é importante para evitar
superaquecimento da matriz, aumentando sua vida útil e
evitando defeitos nas peças.
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
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 Pressão de injeção:
• Câmara quente e câmara fria.
 Pressão de centrifugação:
• Centrifugação propriamente dita e semi-centrifugação.
FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
 O processo de fundição sob pressão realizado na
máquina de câmara quente utiliza um equipamento no
qual existe um recipiente aquecido (forno), onde o metal
líquido está depositado.
PROCESSO CÂMARA QUENTE
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 No seu interior está um pistão hidráulico que, ao
descer, força o metal líquido a entrar em um canal que o
leva diretamente à matriz. A pressão exercida pelo pistão
faz com que todas as cavidades da matriz sejam
preenchidas, formando-se assim a peça após a
solidificação.
PROCESSO CÂMARA QUENTE
 Logo após a solidificação do metal, o pistão retorna à
sua posição inicial, mais metal líquido entra na câmara,
por meio de um orifício, e o processo reinicia.
PROCESSO CÂMARA QUENTE
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 Já a máquina de fundição sob pressão de câmara fria
é utilizada, quando a liga apresenta ponto de fusão
elevado, prejudicando o sistema de bombeamento
(cilindro e pistão). Este processo é empregado
principalmente para fundir ligas de alumínio, magnésio e
cobre.
PROCESSO CÂMARA FRIA
 O princípio de funcionamento desse equipamento é o
mesmo do equipamento que utiliza câmara quente. A
diferença é que o forno que contém o metal líquido é
uma unidade independente, de modo que o sistema de
injeção não fica dentro do banho de metal.
PROCESSO CÂMARA FRIA
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 Possibilidade de produção de peças com formas mais
complexas;
 possibilidade de produção de peças com paredes
mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas;
 alta capacidade de produção;
 alta durabilidade das matrizes.
VANTAGENS DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
 Limitações no emprego do processo: ele é usado para
ligas não-ferrosas, com poucas exceções;
 Limitação no peso das peças (raramente superiores a
5 kg.);
 retenção de ar no interior das matrizes, originando
peças incompletas e porosidade na peça fundida.
DESVANTAGENS DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
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 Alto custo do equipamento e dos acessórios, o que
limita seu emprego a grandes volumes de produção
DESVANTAGENS DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
 A indústria automobilística utiliza uma grande
quantidade de peças fundidas sob pressão: tampas de
válvulas, fechaduras, carcaças de motor de arranque,
maçanetas, caixas de câmbio de máquinas agrícolas.
APLICAÇÕES DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
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 Peças de ligas como as de alumínio, fundidas sob
pressão, apresentam maiores resistências que as
fundidas em areia;
 as peças fundidas sob pressão podem receber
tratamento de superfície com um mínimo de preparo
prévio da superfície;
VANTAGENS DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
 O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que
utiliza peças fundidas principalmente de ligas de
alumínio e magnésio. Essa variedade de produtos indica
a importância desse processo de fabricação dentro do
setor de indústria metal-mecânica.
APLICAÇÕES DOS PROCESSOS SOB PRESSÃO
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O processo de fundição por centrifugação
consiste em vazar o metal liquido em um molde dotado
de movimento de rotação.
A força centrifuga resultante da rotação do molde
força o metal a entrar sobre pressão no mesmo. Isso faz
com que o metal preencha pequenas secções e
mantenha um bom contato entre a moldação e o metal.
Devido a grande pressão reduz a incidência de
poros e rechupes.
PROCESSO POR CENTRIFUGAÇÃO
..\..\Arquivos\Videos\como é feito dutos de ferro
fundido.mp4
PROCESSO POR CENTRIFUGAÇÃO
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 A fundição por centrifugação pode ser separada em
duas classes:
 Centrifugação horizontal
 Centrifugação vertical
TIPOS DE PROCESSO DE CENTRIFUGAÇÃO
Variáveis do Processo:
 Temperatura de vazamento
 Velocidade de derramamento do metal
 Velocidade de rotação da moldação
 Materiais utilizados
FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO
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Centrifugação horizontal Centrifugação vertical
TIPOS DE PROCESSODE CENTRIFUGAÇÃO
Este método é utilizado para produzir peças que
possuem um eixo de revolução horizontal. A produção
de fundidos baseia-se na força centrífuga gerada pela
rotação de uma moldação cilíndrica que impele o metal
em fusão contra a parede do molde para desta forma
gerar a geometria pretendida.
CENTRIFUGAÇÃO HORIZONTAL
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CENTRIFUGAÇÃO HORIZONTAL
Esquema de um equipamento para fundição por 
centrifugação horizontal.
CENTRIFUGAÇÃO HORIZONTAL
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O processo de fundição por centrifugação vertical é
usado para produzir peças que não são simétricas e/ou
cilíndricas.
CENTRIFUGAÇÃO VERTICAL
 Fundição centrifugada propriamente dita
 Fundição semi-centrifugada
 Fundição sob pressão devida à centrifugação.
CENTRIFUGAÇÃO VERTICAL
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 A velocidade de rotação deve ser bem regulada para
que o metal vazado “agarre” imediatamente as paredes.
Se a velocidade for excessiva, o metal líquido ao invés
de rodar com o molde, escorre sem acompanhar o
movimento.
CENTRIFUGAÇÃO PROPRIAMENTE DITA
 A forma da superfície da peça centrifugada deriva da
própria centrifugação (sendo, portanto, cilíndrica e de
espessura de acordo com a quantidade de material
vazado. Exemplo de aplicação: tubos vazados por
centrifugação.
CENTRIFUGAÇÃO PROPRIAMENTE DITA
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 Solidificação direcional
 Bom acabamento superficial
 Minimização ou eliminação de sistemas de canais
 Possibilidade de utilização de uma grande variedade
de tipos de metal.
CENTRIFUGAÇÃO PROPRIAMENTE DITA
Neste caso, a forma do fundido é dada essencialmente
pela moldação e a centrifugação destina-se apenas a
assegurar uma pressão superior do que a pressão
devida à altura da coluna líquida estática (originada pelo
peso próprio do metal). É o caso das rodas vazadas em
fundição semi-centrifugada.
FUNDIÇÃO SEMI-CENTRIFUGADA
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FUNDIÇÃO SEMI-CENTRIFUGADA
Este processo diferencia-se dos outros devido ao fato do
eixo de centrifugação ser exterior a peça para garantir o
equilíbrio e reduzir vibrações que diminuem a qualidade.
SOB PRESSÃO DEVIDO A CENTRIFUGAÇÃO
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 Elevados fluxos de calor, proporcionam menores
tempos de solidificação (melhorando propriedades
mecânicas). Canais de alimentação devem ser
projetados de maneira a causar menor turbulência
possível.
SOB PRESSÃO DEVIDO A CENTRIFUGAÇÃO
 Formas cilíndricas ou simétricas podem ser vazadas
usando forças centrífugas num molde giratório, de modo
a forçar o metal entrar sob pressão para o interior deste
molde.
PROCESSO SOB PRESSÃO DE CENTRIFUGAÇÃO