Aula 2_Processos de moldagem e macharia

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PG0030 – Fundição
 2º semestre de 2016
AULA 2 – PROCESSOS DE MODELAGEM, MOLDAGEM E MACHARIA
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Ponta Grossa
Professor: Dr. Denilson José Marcolino de Aguiar
MODELAGEM
Processo  Construção de réplica da peça  fundição.
Réplica = Modelo.
Materiais de modelos
Madeira;
Metal (alumínio, aço);
Resinas;
Isopor;
Cera;
Modelo  somente da peça?
Não!!!!
Todos os canais devem ser modelados, inclusive os massalotes... Enfim, todos os componentes do conjunto.
Modelo em madeira
Comuns em processos de areia  fáceis adaptações de modelagem
Todavia, menos resistentes...
Modelo em madeira
Usados para:
 Produção unitária  1 a 5 peças
 Produção pequena série  ± 100 peças
... ainda  produzir modelo mestre de metal 
Características da madeira
Umidade  (35 – 50 % da sua massa);
Após o corte  início da perda de água;
Durante a etapa de secagem, ocorre a diminuição do volume (há heterogeneidade na contração !!!);
Longitudinal  - 0,1 %;
Diâmetro  - 3 a 5%.
Características da madeira
Como a madeira nunca fica totalmente seca, as fibras curvas tendem a se alinhar após o corte  origem do empenamento.
Modelos de madeira devem ser constantemente conferidos e esta observação deve ser acompanhada de manutenção (pequenos reparos com resinas, se necessário... Ou descarte... )
Madeira : Principais Matérias -primas
Cedro  Principal  origem brasileira.
Comum serem usadas outras madeiras  imbuia, mogno, marfim e peroba. 
Modelos pequenos  imbuia (resistência).
Modelos grandes  mais de um tipo de madeira compondo as partes, reforços...
Madeira : Principais Matérias -primas
Modelos de maior precisão  lâminas de madeira resinada... 
Escolha feita por estas apresentarem pouca sensibilidade à umidade. 
Madeira : Método de produção dos moldes
Ferramentas  relativamente comuns
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira : Método de produção dos moldes
Madeira  barata e fácil de modelar
Mogno  quando deseja-se mais estabilidade que o pinho, por exemplo. 
Umidade atmosférica  alterações dimensionais... Umidades maiores que 75%, inviabiliza o uso.
Tamanho do modelo  determina a escolha da madeira.
Metais
Emprega-se modelos metálicos quando deseja-se:
Resistência ao desgaste;
Resistência ao impacto e compressão;
Melhor acabamento superficial;
Estabilidade dimensional;
Resistência ao calor;
Desmoldagem fácil.
Qual as condições de processo que devo usar modelos metálicos?
Produções em grande séries;
Peças com paredes finas;
Quando o modelo precisa ser aquecido  “shell molding”;
Modelos em resinas
Ótima aceitação no mercado  especialmente as resinas etoxilínicas.
Resinas etoxilínicas  Resinas do grupo EPÓXI.
Estabilidade dimensional;
Reprodução de vários modelos idênticos aos modelos de madeira de maneira simples;
Características dos modelos em resinas
Não contrai no endurecimento;
Resistência química;
Resistência mecânica;
Resistência ao desgaste;
Características dos modelos em resinas
Ótimo acabamento superficial;
Fácil de fazer reparos.
Principalmente para peças médias e pequenas que duram mais que a madeira;
Quando usar modelos em resinas?
Maior estabilidade dimensional que a madeira e mais rápido e barato de fabricar que o metal;
Quando usar modelos em resinas?
Mais resistente à compressão que a madeira;
Resistente ao ataque químico;
Fácil extrair do molde.
Como fazer modelos em resinas?
 Técnica mais comum  PROTÓTIPO  matriz negativa (pode ser plástica ou de gesso).
Prototipagem – fase 1
Fixa-se o modelo numa superfície perfeitamente plana (para evitar que ele flutue na massa plástica).
Se o modelo for de madeira, passa-se verniz e lustra a superfície.
Passa-se cera ou separados de silicone na placa e lustra o modelo e ao redor do modelo.
Prototipagem – fase 1
Coloca-se uma caixa de madeira ao redor deste modelo.
Com misturas de resinas, enche-se a matriz.
Prototipagem – fase 1
Resinas utilizadas:
Superfície  resina epóxi de alta resistência.
Intermediário  pó de quartzo e araldite (para dar boa fixação do enchimento).
Prototipagem – fase 1
Resinas utilizadas:
Enchimento  Mistura de resina (pode ser araldite) + areia de quartzo
Granulometria grossa  Matrizes
Pó  Modelos.
Prototipagem – fase 1
O tempo de endurecimento é de aproximadamente 2 horas.
Extração do protótipo.
Prototipagem – fase 2
Passa-se cera e lustra a cavidade da matriz.
Enche-se a matriz com mistura de enchimento ...
... Aquela própria para modelos (quartzo com granulometria fina)
Espera secar e extrai  novos modelos  só repetir a fase 2!
Prototipagem – fase 2
Passa-se cera e lustra a cavidade da matriz.
Enche-se a matriz com mistura de enchimento ...
... Aquela própria para modelos (quartzo com granulometria fina)
Espera secar e extrai  novos modelos  só repetir a fase 2!
Prototipagem rápida
Outros métodos de produção de modelos em resina...
Baseia-se em produzir sólidos tridimensionais a partir de uma base de dados CAD. 
Construção de peças em camadas (maioria por deposição de material).
Prototipagem rápida (PR)
Máquina de PR  Impressora 3D de multijateamento que usa resina para obtenção de moldelos, moldes, macho, caixa de macho, depositando camada sobre camada (arquivo STL por exemplo).
Prototipagem rápida (PR)
Custo mais alto  profissionais qualificados (computação)... Custo de softwares de transferência de dados...
Prototipagem rápida (PR)
... Por outro lado  
Redução de erro e de tempo de fabricação. Inclusive, é possível depositar finas camadas de metal  aumenta vida útil e ciclo de produção!
Produção uitária de peças grandes ou de difícil moldagem.
Modelos em isopor
Isopor  gaseificável  modelo fica no molde para ser queimado pelo metal líquido
Modelos em isopor
Corte dos elementos e união das partes.
Produção dos modelos em isopor
Injeção dos elementos em matriz  produção em série de modelos em isopor.
Baixa resistência  necessidade de fazer com areia aglomerada e a resina deve ser de cura a frio ou silicato de sódio.
Características dos modelos em isopor
Baixo custo;
Socagem  danificaria o modelo
Fácil trabalho manual e sem linha de apartação
Elimina a necessidade de macho
Fundição de precisão  matriz metálica
Modelos em cera
Banho em lama refratária
“Estampar” o modelo em cera + união das partes.
Espessamento da casca refratária.
Derretimento da cera.
1) Corpo  corresponde à parte externa da peça. É nele que são inseridos acréscimos dimensionais correspondentes à contrações no estado sólido e de usinagem.
Componentes de modelo e caixa de macho
2) Marcações de macho  saliências no molde (impressas na areia)  acomodação dos machos (estabilidade)  são cavidades!
3) Apartação  parte divisória do modelo (feitos em 2 ou + partes para facilitar a moldagem).
Componentes de modelo e caixa de macho
4) Ângulos de saída  inclinações nas paredes do modelo  extração do modelo sem danificar o molde
5) Partes interiores  em peças simples  próprio modelo... Em peças complexas  necessidade de macho.
Componentes de modelo e caixa de macho
6) Pino guia justaposição das partes do modelo.
5) Canais e massalotes  elementos que permitem obtenção de formas dos canais e massalotes com acesso ao modelo.
Componentes de modelo e caixa de macho
6) Acessórios pinos de extração para auxiliar na retirada do modelo.
Modelos unitários  1 a 5 peças;
Madeira macia;
Baixo custo;
Modelos em monobloco (mas não tem impedimento de serem bipartidos)  apenas pela simplicidade, pois o foco é minimizar custo.
Modelo da peça
Modelo da peça
Modelos de pequena quantidade  5 a 20 peças;
Geralmente desmontáveis;Superfície de apartação;
Madeira dura e envernizada;
Conforme a complexidade  2 ou mais partes
Modelo da peça
Modelos séries médias  20 a 100 peças;
Produção em série  simplificar moldagem;
Fixação de 1 ou vários modelos com os modelos de sistema de canais + massalotes  tudo na mesma placa!
...PLACA MODELO
Modelo da peça
Modelos séries médias  
Modelo em madeira dura (envernizada ou plastificada)  montagem em placa de compensado laminado.
Modelo da peça
Modelos para grandes séries  100 a 1000 peças;
Precisa-se de elevada resistência mecânica;
Preferencialmente usa-se PLACAS METÁLICAS.
Modelo da peça
Projeto para evitar entrada de gases
Modelo de canais
Projeto para aumento lento e progressivo da velocidade no interior dos canais
Redução da área  lei da continuidade... aumenta-se a velocidade
Redução da área  perda de pressão pontual  aumento da pressão de todo líquido anterior.
Projeto para evitar escoamento em espiral  arraste de gases e impurezas
Modelo de bacias de vazamento
Evitar turbulência excessiva no escoamento  Manter número de Reynolds entre 2000 – 20000  regime turbulento, mas não excessivamente...
Função  evitar formação de rechupe
Modelo de massalotes
Cálculo dos módulos parciais de resfriamento  otimizar o volume, posição, número de massalotes e sua zona de ação.
Fazer com que o massalote seja ponto quente  concentrar defeitos!!!.
Modelo de massalotes
Modelo de massalotes
Pinos Guia
Fixo em uma das partes do modelo  ajuste em furos abertos na outra metade
Evitar que toque o fundo  grãos de areia presos, prejudicariam o ajuste.
Pinos Guia
Furo  + fundo que o comprimento do pino
Pinos Guia
Série de peças em grandes quantidades  presença de canais e massalotes
Placas modelo
Na prática  temperatura da placa menor que a do molde de areia (2 a 5 ºC)
Garantir posições mais estáveis  evitar deslocamento durante fechamento do molde e vazamento.
Marcações de macho
Precisão da peça  posicionadores e referências na marcação
Projetos precisam sempre visar facilidade na moldagem
Marcações de macho
Marcações de macho
Marcações de macho
Marcações de macho
Marcações de macho
Marcações de macho
Marcações de macho
Modelos de grande porte
Necessidade de mão-de-obra especializada  poucos recursos para confeccionar o molde
Exemplos:
Gabaritos  peças grandes com poucos detalhes como uma tampa de máquina...
Peças complexas  machos seccionados  moldagem em secções  cada secção tem uma caixa de macho
Modelos de grande porte
Justaposição de machos  cavidades no piso da fábrica compõem o molde. Machos  presos por tirantes  resistir à deformação.
Modelos de grande porte
Métodos de moldagem e macharia...
Aqueles vistos na aula anterior 
Areia verde;
Shell molding;
Cera perdida;
Silicato de sódio + CO2;
Modelo em espuma de isopor
 
Referências complementares:
FERREIRA, J. M. G. C. Tecnologia da Fundição. Editora Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1999.
TORRE, J. Manual prático de fundição e elementos de prevenção da corrosão (Traduzido para o Português). Editora Hemus, São Paulo, 2004.
BEELEY, P. Foundry Technology. Editora Butterworth Heinemann (2ª ed.), Oxford, 2001.
	REFERÊNCIAS
BALDAM, R.L.; VIEIRA, E.A. Fundição: Processos e tecnologias correlatas. Editora Érica, São Paulo, 2013.
Capítulos: 
5 (inteiro) ; 
Complemento da aula anterior:
6 – ítem 6.1 (e sub itens).