Relatório Processo de Modelagem em Areia Verde

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FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA
ENGENHARIA MECÂNICA
Título: Processo de Moldagem em Areia Verde
Alunos:
Carlos Alberto RA: 201710117
Gabriel Ligo Severino de Paula RA: 201710431
Leonardo Cardoso RA: 201710433
Lucas Maziero RA: 201400702
Marcos Antônio RA: 201810505
Laboratório de Processos Metalúrgicos
Piracicaba, Março de 2020
Processo de Moldagem em Areia Verde
Professor: Erivelto Marino
Alunos:
Carlos Alberto RA: 201710117
Gabriel Ligo Severino de Paula RA: 201710431
Leonardo Cardoso RA: 201710433
Lucas Maziero RA: 201400702
Marcos Antônio RA: 201810505
Relatório da aula prática de Processos de Modelagem em Areia Verde - Laboratório de Processos Metalúrgicos - Engenharia Mecânica – EEP FUMEP
Sumário
Lista de Figuras
1- Objetivos
- Mostrar como é feito o processo de moldagem destacando as características do processo de fundição;
- Verificar os cuidados a serem tomados para se obter uma peça com bom acabamento e sem defeitos;
- A utilização de canais de vazamento, alimentadores e canais auxiliares, serão mostradas a partir da moldagem de uma peça qualquer; 
- A questão da segurança será discutida principalmente em relação aos problemas que podem ocorrer ao se manusear o metal no estado líquido, os cuidados com o forno e com a retirada do metal.
2- Fundamentos Teóricos
Areia de Moldagem é um sistema heterogêneo constituído essencialmente de um elemento granular refratário (normalmente areia silicosa), um ou mais aglomerantes e um plastificante (água). Alternativamente a água pode ser suprimida se o aglomerante utilizado for líquido. 
A areia de moldagem deve apresentar elevada refratariedade, boa resistência mecânica, permeabilidade adequada e plasticidade (ou moldabilidade). Já da areia destinada à fabricação de machos espera-se, além dos requisitos exigidos para a areia de moldagem, boa colapsibilidade, definida como a perda de resistência da areia após o início da solidificação da peça.
2.1 Classificação quanto à origem, ao uso e ao emprego
Natural, semi-sintética ou sintética. Apesar de já estar "pronta" a areia natural tem sido pouco utilizada dada as suas baixas propriedades. Fundição de areia-verde que trabalhe basicamente com areia usada (reciclada) utiliza cerca de 10% de areia nova para recompor as perdas durante a reciclagem e manter as propriedades da areia estáveis. Na areia reciclada são adicionadas também pequenas quantidades de aglomerantes e água. 
Quanto ao emprego, a areia de moldagem (faceamento ou enchimento) e areia de macho. Quanto ao estado de umidade, úmida (verde) ou seca (estufada).
2.2 Propriedades exigidas da areia
Estabilidade térmica e dimensional à elevadas temperaturas distribuição de forma e tamanho de partículas adequado, não apresentar reatividade química com o metal fundido, não apresentar molhabilidade fácil com o metal fundido, estar livre de substâncias e partículas de baixo ponto de fusão, ter mínima geração de gases em altas temperatura, apresentar baixo custo e disponibilidade apresentar composição uniforme e ter compatibilidade com os aglomerantes.
2.3 Moldabilidade
É a propriedade da areia de produzir as formas do modelo com o mínimo esforço. Em outras palavras, a capacidade de produzir moldes. Para garantir esta propriedade, a areia deve apresentar algumas características básicas: Escoabilidade: promove o escorregamento dos grãos sob ação de forças externas. Assim, a areia assume as formas e detalhes do modelo, uniformemente compactada em todo o molde.
2.4 Moldabilidade Consistência
Capacidade de a areia compactada estabilizar sua forma, normalmente medida por testes de compressão a verde. Plasticidade: capacidade da massa de areia compactada se deformar plasticamente, dada uma solicitação mecânica externa, medida geralmente por deformação a verde, obtida no ensaio de resistência à compressão a verde.
2.5 Resistência Mecânica
Envolve a capacidade da areia manter a forma da cavidade do molde após a extração do modelo, além de resistir a esforços dinâmicos e estáticos do metal líquido durante o enchimento do molde.
2.6 Permeabilidade
Define o quanto a areia se deixa transpassar por gases formados na etapa de vazamento do fundido líquido quente no interior do molde. Esta propriedade permite a passagem das substâncias gasosas produzidas durante a fundição do metal através do molde sendo relacionada com a existência de pequenos espaços entre as partículas de areia dados o constante tamanho das partículas e a presença de um agente de ligação.
2.7 Resistência térmica
Mede o quanto as características da areia de moldação são afetadas pelo calor envolvido no processo de vazamento. O calor liberado pelo metal no interior do molde exige refratariedade da areia, ou seja, a resistência ao amolecimento ou degradação quando em contato com o metal líquido. A areia deve ser também quimicamente inerte, não reagindo ou reagindo minimamente com o metal, de forma a não comprometer suas características por degradação química. O calor pode dilatar a areia, comprometendo a estabilidade dimensional do molde.
2.8 Componentes Areia-base
A areia-base é uma areia refratária, normalmente silicosa, sendo que se for originária de areia de praia deve ser lavada previamente para retirada dos sais. A composição química da areia-base afeta a dilatação térmica da areia, a reatividade com o metal fundido mas, principalmente, a refratariedade do molde. Essa última propriedade é particularmente importante na fundição de aço.
2.9 Areia base
A constituição mineralógica das areias a base de sílica é essencialmente de quartzo (acima de 99%) e impurezas com menos de 1% (predominando feldspatos K2O, Al2O3 e argila). A areia de sílica é a principal integrante da mistura de areia de moldagem a verde. A areia base é o constituinte presente em maior quantidade nas areias de fundição. Os tipos de areia mais empregados na fundição de peças são: Areia de quartzo (sílica) (SiO2) Areia de zirconita (ZrO2 SiO2) Areia de cromita (FeO Cr2O3) Areia de olivina (2MgO SiO2).
2.10 Areias não-silicosas
A opção por uma areia-base não-silicosa parte da constatação de que a areia silicosa apresenta - quando comparada com outras composições - inúmeras desvantagens como elevada expansão volumétrica e elevada reatividade com o metal fundido. Das areias não-silicosas a de zirconita seria a areia ideal em termos de propriedades, não fosse pelo alto custo. A de cromita apresenta maior capacidade de extração de calor do que a areia comum.
2.11 Reciclagem da areia
A areia de moldagem a ser reciclada precisa passar por determinadas etapas antes de ser empregada novamente. Isto por que após a desmoldagem a areia se encontra quente, com torrões e partículas metálicas. Assim, a fundição que opte por trabalhar com areia-verde deve possuir instalação de reciclagem da areia, visando a reutilização desta. Para isso são necessários equipamentos de transporte (correias, elevadores, etc.), de armazenamento (silos), peneiras (para eliminar parte dos finos e torrões), separadores magnéticos (para separar partículas ferrosas), etc.
3- Materiais Utilizados
· Areia verde
· Areia de separação
· Água
· Caixa de moldagem
· Ferramentas de moldagem
· Modelo de uma peça qualquer
· Modelo para canais de vazamento e auxiliares.
4- Procedimento Experimental
O primeiro passo realizado foi à apresentação da peça a ser fabricada, o modelo, no caso uma peça simples, a fim de fixar o conhecimento a respeito da confecção de moldes.
 O modelo por sua vez deverá ser colocado sob uma base plana, dentro da caixa inferior do molde, na parte interna passa-se uma camada de areia/argila umedecida a fim de evitar o desmoronamento do molde.
Figura 1: Caixa sendo umedecida.
 Tanto a caixa quanto o molde devem sercolocados com a parte superior voltada para baixo afim de que o modelo fique sob a base plana já dentro da caixa. 
Após o molde estar posicionado corretamente dentro da caixa, a mesma deve ser preenchido com areia de modelagem, esta areia deve ser peneirada antes de colocada dentro da caixa, quando mais fina melhor será a aglomeração do modelo e teremos um melhor acabamento da peça, a areia peneirada deverá ser colocada até encobrir o molde, feito isso não é mais necessário o peneiramento da areia, durante a colocação da areia a mesma deve ser muito bem compactada, após o preenchimento total da caixa a areia deve ser colocada até ultrapassar sua altura por cerca de 50mm, usa-se uma régua para bater sobre a areia para melhor compactação e depois retira-se o excesso de areia, deixando a mesma nivelada com as bordas da caixa.
Figura 2: Demonstrações das primeiras etapas.
Quando está primeira etapa foi completada, a caixa pode ser virada, dessa forma a caixa superior deve ser posicionada sobre a primeira, o massalote deve ser colocado na diagonal da peça, fora da área do molde, e o canal de escoamento deve ser colocado no centro do molde, feito isso pode-se preencher a segunda caixa também, da mesma forma que a primeira, quando as duas caixas estiverem completas, é necessário separar as mesmas. 
Na caixa inferior é possível visualizar o molde, logo devemos retirá-lo com o auxílio de uma agulha podemos fixar a mesma no molde batendo-a no mesmo levemente para provocar vibrações que ajudam a fazer com que o modelo se solte da areia, desta forma retira-se o modelo.
Devemos fazer um canal de escoamento para o liquido onde estava marcado a posição do massalote, deixando na posição uma bacia de impacto que servirá para diminuir a velocidade do liquido durante o processo de fundição, a caixa superior volta a ser encaixada sobre a inferior, agora sem o massalote e o canal de escoamento. 
Depois de montadas as caixas foi feito um cone na entrada do canal de vazamento, para facilitar a entrada do material liquido para fundição, assim se obteve o modelo para fundição da peça apresentada. 
Figura 3: Demonstrações das primeiras etapas.
Depois de concluído, os moldes foram desmanchados e a areia foi peneirada novamente para ser reutilizada em outros moldes, as ferramentas foram limpadas e guardas em seus devidos lugares.
5- Resolução das Questões
5.1 Quais as razões de se utilizar os massalotes e/ou montantes? Quando devem ser utilizados?
Massalote é uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se contraindo. Devemos utiliza-los suprir o material no molde quando este for se contraindo na solidificação e para reter a maior parte das impurezas, utilizamos geralmente nos moldes de areia.
5.2 Qual a composição básica da mistura usada na moldagem de moldes em areia verde para materiais ferrosos e não ferrosos?
A areia Verde é a combinação de areia de sílica com agentes aglomerantes, em geral a argila, componentes estes normalmente baratos.
Uma série de elementos podem ser misturados a areia, tais como bentonita, pó de carvão, amido de milho e água. 
5.3 Qual o objetivo do uso de carvão moído e de serragem na fundição em areia? 
Evitar aderência de areia á peça fundida e, assim facilitar sua limpeza.
Evitar a penetração metálica líquida no molde e reduzir a ocorrência de defeitos devido á expansão térmica da sílica.
Essas aplicações melhoram o resultado final da peça após o processo de fundição.
5.4 Quais os tipos de aditivos e aglomerantes usados na moldagem em areia verde? Quais suas finalidades?
Componentes das areias de fundição Areia que é o constituinte básico, considerando características de pureza, granulometria, 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. Dextrina-aglomerante orgânico, para conferir maior resistência mecânica à areia quando secada (estufada). Farinha de milho gelatinosa (Mogul) que melhora a qualidade de maneabilidade da areia. Breu em pó também como aglomerante, que confere, principalmente em areia seca, grande resistência mecânica.
5.5 Qual a composição básica da mistura usada na confecção de machos?
O macho é um elemento refratário colocado no molde para definir uma cavidade ou espaço vazio no fundido final. Uma vez que o material irá fluir em volta do macho ele tem de ser mecanicamente resistente durante o vazamento e ainda tornar-se quebradiço após o vazamento e o resfriamento, permitindo assim, uma fácil remoção da peça fundida do molde, ou seja, a desmoldagem. A areia para a fabricação do macho é preparada em um misturador através da mistura de areia de sílica com um ligante orgânico tal como o óleo de linhaça e amido ou dextrina.
6.0 Conclusão
Concluímos que, para se obter uma peça com um bom acabamento e sem defeitos no processo de fundição, é preciso tomar os devidos cuidados seguindo corretamente o procedimento técnico, ou seja, utilizando os devidos materiais e equipamentos sabendo como fazer canais auxiliares, canal de vazamento e alimentadores e seguindo os procedimentos de segurança no processo em questão.
7.0 Bibliografia
 CDE. Areias de fundição. Disponível em: <https://www.cdeglobal.com/br/aplicações/areias-de-fundição> Acesso em: 10 de março de 2020
 
ESCAVADOR. Elemento de massalote para uso na fundação de metal e sistema de massalote para fundição de metal. Disponível em: <https://www.escavador.com/patentes/312763/elemento-de-massalote-para-uso-na-fundacao-de-metal-e-sistema-de-massalote> Acesso em: 10 de março de 2020
MICROMETAL. Microfundidos. Disponível em: <https://www.micrometal.com.br/produtos/microfundidos/?gclid=EAIaIQobChM1q2S2ZyW6AIVUQaRCh37lQKcEAAYASAAEgJgV_D_BwE> Acesso em: 10 de março de 2020
FREMAR. Fundição em areia verde. Disponível em: <http://www.fremar.com.br/fundicao-areia-verde.html> Acesso em: 10 de março de 2020