aula 10- moldes metálicos

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Fundição 
FUNDIÇÃO EM MOLDES METÁLICOS 
 
 Fabricados em ferro fundido, aços resistentes ao calor, ligas 
Cr/Ni e Be/Cu 
 Confeccionados por processos de conformação/usinagem 
sofisticados (p.ex. eletro-erosão) 
 Requerem alta qualidade de acabamento superficial e precisão 
dimensional 
 Devem ser providos de canais, marcações de macho, respiros 
para saída de ar e vapores e alimentadores 
 Devem ser providos de mecanismos de fechamento do molde e 
de ejeção do fundido 
 Vida útil é função do tipo e Tf da liga 
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Vantagens sobre moldes colapsáveis 
 
 Alta produtividade (facilidade de desmoldagem) 
 
 Eliminação das etapas de desmoldagem e limpeza do produto 
 
 Tempo total de solidificação reduzido (refino de grão por 
extração de calor) 
 
 Custo operacional reduzido 
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Desvantagens sobre moldes colapsáveis 
 
 Custo elevado de moldes e equipamentos 
 
 Moldes requerem elevada qualidade de confecção 
 
 Maiores restrições quanto à geometria 
 
 Limitado a materiais de reduzida taxa de contração (coquilha 
não colapsável: trincas no fundido) 
 
 Custo inicial elevado + custo operacional baixo: utilização para 
altas taxas de produção (sistemas automatizados) 
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Desvantagens sobre moldes colapsáveis 
 
 Custo elevado de moldes e equipamentos 
 
 Moldes requerem elevada qualidade de confecção 
 
 Maiores restrições quanto à geometria 
 
 Limitado a materiais de reduzida taxa de contração (coquilha 
não colapsável: trincas no fundido) 
 
 Custo inicial elevado + custo operacional baixo: utilização para 
altas taxas de produção (sistemas automatizados) 
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Processos classificados de acordo com o modo de preenchimento do 
molde 
 Fundição por gravidade 
 Fundição sob pressão 
 Injeção em câmara quente 
 Injeção em câmara fria 
 Processo Acurad 
 Injeção em atmosfera controlada 
 Fundição em baixa pressão 
 Fundição a vácuo 
 Fundição por compressão 
 Processos envolvendo centrifugação 
 Fundição por centrifugação total 
 Fundição por centrifugação parcial 
 Preenchimento por centrifugação. 5 
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FUNDIÇÃO POR GRAVIDADE 
 
 Técnica (ciclo de operação) 
 Preparo do molde: limpeza com jatos de ar ou escova; aspersão de 
lubrificantes e/ou revestimentos 
 Controle da temperatura 
 Montagem dos machos (refratários ou metálicos) 
 Vazamento, pela parte superior ou por canais que dão entrada ao 
líquido pela parte inferior 
 Abertura para extração do produto (o mais rápido possível para 
que as contrações do resfriamento não sejam restringidas pelo 
molde não colapsável) 
 Início de um novo ciclo 6 
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FUNDIÇÃO POR GRAVIDADE 
 
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Confecção da coquilha(Molde): 
 
 Geralmente por fundição e usinagem de ferro fundido ou aço 
forjado 
 Ligas Cr/Ni: ligas de maior P.F. 
 Ligas Be/Cu: ligas de Cu 
 Confeccionados em partes desmontáveis e facilmente encaixáveis 
 Na confecção devem ser considerados a expansão e contração 
térmicas do material do molde (coquilha) 
 As paredes do molde não devem apresentar espessuras muito 
dissimilares, de modo a minimizar os gradientes térmicos 
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Utilização 
 
 Adequado a médios e altos volumes de produção, principalmente 
ligas não-ferrosas 
 Fundidos com espessuras de parede não muito dissimilares 
 Não indicado para produtos com espessuras de parede inferiores a 
7 mm (elevada extração de calor) 
 Geometrias simples 
 Limites de pesos típicos: 
 Ligas de Al: 70 Kg 
 Ligas de Mg: 25 Kg 
 Ferros fundidos: 15 Kg 
 Ligas de Cu: 10 Kg 
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Qualidade do produto 
 
 Superior a moldagem em areia 
 
 Estrutura mais refinada e com menos porosidade 
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FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO 
 
 Vazamento sob pressão: garante o total preenchimento do molde 
 Pressões da ordem de até 70 Kgf/cm2, mantidas até o final da 
solidificação 
 Moldes confeccionados com ligas especiais 
 Resistência à temperatura e abrasão 
 Aços Cr, aços ferramenta 
 Pode-se produzir mais de uma peça a cada ciclo 
 Machos metálicos ou refratários 
 Molde e câmara de injeção pré-aquecidos e revestidos com 
lubrificantes 
 
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FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO 
 
Produtos 
 Alta qualidade superficial e precisão dimensional 
 Paredes finas e geometrias complexas 
 Estrutura refinada, boas propriedades mecânicas 
 
Limitações 
 Alto custo de equipamentos e ferramental 
 Não permite a fabricação de fundidos com cavidades complexas 
 Limites quanto às dimensões 
 Forte turbulência no preenchimento do molde pode levar à 
porosidades e inclusões 
 
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FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO 
 
Aplicações 
 
 Ampla aplicação comercial para médias e altas taxas de produção, 
com fundidos de pequenas e médias dimensões 
 
 Ligas de Al, Cu e Zn 
 
 Facilidade de automação: altas taxas de produção 
 
 Alta produtividade, reduzido custo operacional e alta qualidade 
 
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FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO 
 
Variações do processo 
 
 Injeção em câmara quente 
 
 Injeção em câmara fria 
 
 Processo Acurad 
 
 Injeção em atmosfera controlada 
 
 Fundição a baixa pressão 
 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM CÂMARA QUENTE 
 
 Antigo: Uso comercial significativo nos anos 50, pouco utilizado 
atualmente 
 Câmara de injeção imersa no líquido (permite preenchimento do 
molde em curto tempo e com menor perda de temperatura) 
 
Operação: 
 
 Câmara preenchida com metal líquido 
 Pistão desce impulsionando o metal para o molde 
 Metal preenche a cavidade do molde 
 Pistão retrocede para a posição inicial 
 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM CÂMARA QUENTE 
 
 Pressões reduzidas: 0,2 a 3 Kg/cm2 
 
 Equipamento com reduzida vida útil 
 
 Restrito a metais de baixas Tf (Zn, Pb, Sn) 
 
 Adequado a ligas reativas, tais como Mg, 
pois previne o contato com a atmosfera 
 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM CÂMARA FRIA 
 
 Unidades de injeção e de manutenção do líquido são 
independentes 
 
Operação 
 
 Metal é transferido da panela para a câmara de pressão próximo 
ao molde 
 A alimentação do líquido na câmara de injeção pode ser manual ou 
com braços mecânicos 
 O pistão impulsiona o metal para a cavidade do molde 
 
 
 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM CÂMARA FRIA 
 
Pistão: vertical ou horizontal 
 
 Pistão vertical: menor turbulência, menor contaminação do 
fundido com óxidos provenientes da superfície do metal em 
contato com o pistão 
 Pistão horizontal: mais popular 
 Pressões maiores do que no processo de injeção em câmara 
quente 
 Pressão de trabalho é função do tipo de metal, espessura de 
parede, etc. (variaentre 3 a 20 Kgf/cm2) 
 Turbulência maior do que no processo câmara quente 
 
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Aplicação: 
 Taxas elevadas de produção: 150 – 250 ciclos/hora (pode chegar a 
500 ciclos/hora) 
 Permite maiores temperaturas de trabalho: pode-se fundir ligas de 
Al, Mg, Cu e aços 
 
Vida útil dos moldes 
 Elevada 
 Construídos em aços especiais (severas condições de trabalho) 
 
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MATERIAL (ligas) VIDA ÚTIL (ciclos) 
Alumínio 20.000 
Cobre 100.000 
Magnésio 300.000 
Zinco 1.000.000 
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PROCESSO ACURAD 
 
 Aperfeiçoamento do processo de injeção em câmara fria com 
movimento horizontal do pistão 
 
 Objetivo: aumentar a densidade do produto e reduzir inclusões 
 
 Sistema de injeção com 2 pistões concêntricos, com movimentos 
independentes 
 
 Aplicado a blocos de cilindros de motores de automóveis, em ligas 
de Al-Si hipereutéticas 
 
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PROCESSO ACURAD 
 
Operação: 
 
 Início da compressão: pistões atuam simultaneamente 
 Iniciada a solidificação, forma-se casca externa, em contato com o 
molde, impedindo o movimento do pistão externo 
 Pistão interno avança, pressionando o líquido. 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM ATMOSFERA CONTROLADA 
 
 Processo a oxigênio, “pore free process” 
 Objetivo: resolver o problema da porosidade em produtos 
injetados 
 Pesquisas na década de 80: 
 Porosidade é resultado da retenção de H e N 
 Ausência de O2, consumido em reação com o metal líquido 
 Hipótese: substituição do ar no molde por O2 
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PROCESSO DE INJEÇÃO EM ATMOSFERA CONTROLADA 
 
Resultados: 
 
 Fundido com reduzida e fina dispersão de óxidos, o que não 
compromete as propriedades mecânicas 
 Redução da pressão de fechamento dos moldes à metade: redução 
dos custos operacionais 
 Cuidados especiais quanto aos lubrificantes 
 Óleos e graxas são explosivos na presença de O2 puro 
 Utilização de grafite coloidal em suspensão aquosa 
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PROCESSO INJEÇÃO À VÁCUO 
 
 Variante do processo de injeção em atmosfera controlada: 
substituição do O2 por vácuo 
 Permite maior redução da pressão 
 Permite redução de espessuras de parede do fundido (30% em 
relação ao O2) 
 Moldes especiais projetados para utilização com vácuo 
 Dispositivos de segurança para impedir a entrada de metal líquido 
na bomba de vácuo 
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FUNDIÇÃO A BAIXA PRESSÃO 
 
 Utilização comercial significativa a partir da década de 80. 
Etapas: 
 Molde é colocado sobre panela contendo metal líquido 
 Mantido fechado por pressão hidráulica 
 Líquido é forçado para dentro do molde por ação de gases (inertes 
ou ar comprimido) pressurizados sobre o metal líquido 
 Pressão é mantida até a solidificação da peça 
 No alívio da pressão: refluxo de líquido para o banho 
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Vantagens: 
 Não solidifica canais: eliminação de operações de corte 
 Menor custo inicial e operacional do que injeção 
 Melhor qualidade do que gravidade 
 Fundido livre de poros e óxidos 
 
Problema: 
 Pressão reduzida pode ocasionar mal acabamento e defeitos de 
preenchimento em fundidos de paredes finas 
 
 Pressões utilizadas: 
 Da ordem de 0,4 Kg/cm2 para impulsionar o metal 
 30 Kg/cm2 para fechamento do molde 
 Utilizado principalmente para ligas de Al (5 a 25 Kg), e também para ligas de 
Mg, Cu e alguns aços 
 
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FUNDIÇÃO A VÁCUO – PROCESSO VACURAD 
 
 Desenvolvimento: década de 80 
 
Etapas: 
 
 Montagem do molde semelhante a de fundição a baixa pressão 
 Molde é colocado sobre panela contendo metal líquido 
 Conexão é feita por canais imersos no banho: possibilidade de 
utilização de vários canais simultaneamente 
 Preenchimento se dá por sucção 
 Fluxo do líquido ascendente e não turbulento: 
 Fundidos livres de óxidos e gases 
 Produtos de alta densidade 
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FUNDIÇÃO POR COMPRESSÃO 
 
 União soviética: anos 60 
 
 Conhecido como forjamento líquido 
 
 Permite geometrias complexas e a obtenção de produtos de altas 
densidades, típicas de forjados 
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FUNDIÇÃO POR COMPRESSÃO 
 
Características: 
 
 Metal líquido é vazado em molde pré-aquecido, na quantidade 
apropriada 
 Moldes bi-partidos (macho-fêmea) 
 Moldes fechados, pressão mantida durante a solidificação 
 Manutenção da pressão durante a solidificação: 
 Otimização do contato metal/molde 
 Elevada precisão dimensional 
 Alta taxa de resfriamento (refino de grão) 
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FUNDIÇÃO POR COMPRESSÃO 
 
Características: 
 
 Não há necessidade de canais e alimentadores 
 
 Pressões da ordem de 150 a 300 Kgf/cm2, função do tipo de liga, 
geometria e propriedades desejadas 
 
 Ferramental e equipamento de elevado custo para fundição, mas 
de reduzido custo para forjamento 
 
 Parâmetros de controle: Pressão, tempo de compressão e 
temperaturas (líquido e molde) 
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FUNDIÇÃO POR COMPRESSÃO 
 
Características: 
 
 Fundidos de geometrias mais complexas e de paredes mais finas 
do que fundição por gravidade e forjamento 
 Produtos de maior densidade e granulação mais fina 
 Aplicado a ligas ferrosas e não ferrosas de composições típicas de 
fundição e forjamento 
 Ampla aplicação comercial para ligas de Al (35 a 100 Kg) 
 Também aplicado à fabricação de compósitos 
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PROCESSOS ENVOLVENDO CENTRIFUGAÇÃO 
 
 Princípio conhecido desde o século XIX 
 Metal líquido é vazado no eixo de rotação de moldes submetidos à 
rotação 
 Metal solidifica sob a ação da pressão resultante das forças de 
centrifugação 
 Não há necessidade de alimentadores, canais e machos 
 Moldes metálicos (mais comum), podendo ser também de areia e 
casca 
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PROCESSOS ENVOLVENDO CENTRIFUGAÇÃO 
 
Produtos: 
 
 Livres de inclusões, de porosidades devido à retenção de gases e 
de impurezas mais leves do que o metal 
 Bom acabamento superficial, ausência de defeitos de 
preenchimento e reduzidos vazios de contração 
 Densidade e resistência mecânica similares à de forjados 
 Processos aplicados a ligas ferrosas e não ferrosas 
 
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FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO TOTAL 
 
 Também conhecido como processo De Lavaud 
 
 Utilizado para a fabricação de produtos tubulares 
 
 O metal é vazado em um molde tubular que gira sobre o seu 
próprio eixo, geralmente na posição horizontal 
 
 A força centrífuga promove o contato metal/molde 
 
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FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO TOTAL 
 
Características 
 
 O metal é vazado continuamente no molde em rotação, até a 
obtenção da espessura desejada 
 A rotação (força, pressão) é mantida até o final da solidificação 
 No caso de tubos de comprimentos maiores, o molde é 
movimentado na direção oposta à alimentação, de modo a 
produzir desmoldagem contínua 
 Rotações de 1300 a 2000 rpm 
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Fundição 
FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO TOTAL 
 
Características 
 
 O metal é vazado continuamente no molde em rotação, até a 
obtenção da espessura desejada 
 A rotação (força, pressão) é mantida até o final da solidificação 
 No caso de tubos de comprimentos maiores, o molde é 
movimentado na direção oposta à alimentação, de modo a 
produzir desmoldagem contínua 
 Rotações de 1300 a 2000 rpm 
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Fundição 
FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO TOTAL 
 
Moldes: 
 Moldes tubulares metálicos, com ou sem revestimentos cerâmicos 
(moldes sem revestimentos devem ser refrigerados a água) 
 Areia com aglomerantes para conferir elevada resistência 
mecânica, tais como areias de macho. 
 O comprimento e o diâmetro externo do tubo são funções das 
dimensões do molde 
 O diâmetro interno do tubo é função do volume de metal vazado e 
da velocidade de rotação. 
 
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FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO TOTAL 
 
Aplicações: 
 Fabricação de tubos em geral 
 Mancais de bronze 
 Tubos de aços ao Cr e ao Ni para aplicação em indústria 
petroquímica 
 Amplamente utilizado para tubos de ferro fundido 
 Até 1200 mm de diâmetro 
 5000 mm de comprimento 
 6 mm de espessura de parede 46 
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FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO PARCIAL 
 
 Empregado para fundidos de grandes dimensões que apresentem eixo de 
simetria (por exemplo: rodas e engrenagens) 
 Molde posicionado verticalmente e girado em torno de seu eixo de 
simetria 
 Metal líquido vazado por um canal central, preenchendo um alimentador 
 Do alimentador central, o líquido é impulsionado para a cavidade do 
molde, pela ação da força centrífuga 
 A geometria do fundido é definida pela cavidade do molde: necessária 
utilização de machos 
 Velocidades de rotação inferiores às da centrifugação total: 200 a 500 
rpm 
 
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PREENCHIMENTO POR CENTRIFUGAÇÃO 
 
 Semelhante à centrifugação parcial 
 Diferença: o molde é constituído por diversas cavidades, montadas 
em torno de um canal e um alimentador 
 
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PREENCHIMENTO POR CENTRIFUGAÇÃO 
 
 O canal central coincide com o eixo de rotação do conjunto 
 
 O metal é vazado no molde em rotação: força centrífuga promove 
o preenchimento das cavidades a partir do alimentador 
 
 Rotação mantida até o final da solidificação 
 
 Permite a produção de várias peças simultaneamente 
 
 Pode ser aplicado para a produção de fundidos de pequenas 
dimensões 
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