DEFINIÇÃO DE FUNDIÇÃO. Processo metalúrgico de fabricação que envolve a. fusão de metais ou ligas metálicas, seguida do

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1 Dr. Eng. Metalúrgica Aula 01: 1. Introdução - Definição de fundição. - Características e potencialidades dos processos de fundição. - Princípios fundamentais. 2. Classificação dos Processos de Fundição - Classificação em Função do Tipo de Molde. - Classificação em Função da Forma de Enchimento. 3. Critérios para Escolha de um Processo de Fundição - Material - Peça - Fatores Econômicos - Infraestrutura. DEFINIÇÃO DE FUNDIÇÃO Processo metalúrgico de fabricação que envolve a fusão de metais ou ligas metálicas, seguida do vazamento-enchimento dos mesmos em moldes adequados para solidificação e obtenção das formas sólidas finais requeridas 1

2 Rota Metalúrgica Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Processo de Fundição Rota Processual Projetos Ferramentais Processo? Matérias Primas e Insumos Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Tipo de Molde e/ou Modelo (Materiais) Forma de Enchimento Fusão e Vazamento Preparação de Areia e Moldagem Macharia 2

3 Rota Metalúrgica Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Processo de Fundição Carga composta por diferentes materiais Conhecimento das composições químicas dos diferentes componentes da carga Elaboração do cálculo de carga e definição das proporções dos diferentes componentes Composição química Especificada Estimativa de Perdas na fusão Principal problema: conhecimento preciso da composição química da carga Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Fusão ocorrência de reações químicas do metal líquido com o ambiente Desequilíbrio na composição química Medidas necessárias: 1. Controle da temperatura do banho 2. Controle do tempo a temperaturas elevadas 3. Realização de tratamentos do banho Principal problema: variações na composição química peças fora das especificações 3

4 Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Transferência do metal líquido do forno para os moldes Sistemas de vazamento (manuais, mecânicos e automatizados) e características dos moldes (bacia, copo, funil,...) Principais problemas: perdas de temperatura e agitação do metal líquido Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Escoamento do metal líquido nos canais de enchimento e preenchimento da peça (fluidez) Controle do regime de escoamento e da velocidade de preenchimento da(s) peça(s) Aplicação de fundamentos da Mecânica dos Fluídos no projeto dos sistemas de canais Principais problemas: reduzir a turbulência e garantir velocidades de enchimento adequadas 4

5 Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Aspetos Externos Aspetos Internos Preenchimento completo Integridade superficial Acabamento superficial Sanidade Interna Macroestrutura Microestrutura Resfriamento Pós Processamento Principais problemas: controlar a sanidade interna e obter a estrutura mais adequada Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Contrações e tensionamento da peça Tendência a trincas e empenamentos Cuidados especiais no projeto da peça Principais problemas: limitações da utilização de machos e de geometrias mais complexas 5

6 Rota Metalúrgica Processo de Fundição Seleção e Preparação da Carga Fusão Tratamentos do Banho Vazamento Preenchimento Solidificação Resfriamento Pós Processamento Corte de canais e rebarbação Tratamentos Térmicos Operações de usinagem Controle de Qualidade Operações de proteção superficial Tratamentos superficiais O Processo de Fundição permite obtenção de: Peças acabadas ou semi-acabadas Lingotes para conformação mecânica Lingotes para refusão 6

7 Molde Superior Molde Inferior MACHO Cavidade do Molde Marcação do Macho Massalote Ataque Descida Canal de Distribuição Areia Caixa de Moldagem Linha de Apartação Areia Principais elementos na obtenção de uma peça fundida em um molde de areia Ferramental Desenho da Peça Ferramental Caixa de Machos Macho Placa superior Placa inferior Caixa e Placa superiores com os modelos dos canais Caixa superior após compactação da areia Caixa e Placa inferiores Caixa inferior após remoção do modelo Caixa inferior após colocação do macho Molde pronto para o vazamento do metal Conjunto fundido extraído do molde Peça fundida após operações de acabamento Etapas básicas envolvidas na obtenção de uma peça fundida em areia verde 7

8 Estrutura FUSÃO ENCHIMENTO SOLIDIFICAÇÃO Propriedades Fornos Propriedades do Líquido PROJETOS Peça Massalotes Produto (Peça) Canais de Enchimento Reações do Líquido Defeitos FERRAMENTAL PROCESSO MODELO/MOLDE Tipo de Molde Tipo de Modelo Forma de Enchimento Princípio Fundamental: mudança do estado físico do metal ou liga (fusão-solidificação) Sólido Líquido Sólido Fusão Enchimento Solidificação Tratamentos do Banho Manutenção da Temperatura Vazamento 8

9 Principais características do processo: Simplicidade técnica na obtenção de formas complexas Versatilidade Natureza economicamente competitiva Altas Taxas de Produção Possibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto Único processo de conformação viável em alguns casos Características dos Processos de Fundição Versatilidade Matriz para forjamento a quente usada na fabricação de cilindros de pressão para Reatores Nucleares. Peso = 61,5 ton Diversas peças de pequeno porte e com precisão de detalhes. Pesos na faixa de gramas 9

10 Características dos Processos de Fundição- Versatilidade A literatura especializada descreve aproximadamente 38 métodos diferentes para obtenção de produtos fundidos Estes processos podem ser agrupados em 05 grandes grupos: Processos Convencionais de Moldagem: Areia verde, shell moulding, moldagem sem caixa. Processos Fundição em Moldagem de Precisão: Coquilha, Fundição Sob Pressão e Fundição de Precisão Processos Especiais de Moldagem e Fundição: Moldagem à Vácuo, Fundição Evaporativa (lost foam) e Fundição Centrífuga. Processos Moldagem com Areais Quimicamente Ligadas: Cura a Frio e Silicato de Sódio-CO 2. Novos Processos de Fundição: Rheocasting, Squeeze Casting, Fusão por Eletroescórias. Características dos Processos de Fundição Altas Taxas de Produção Produção de blocos de motores em Ferros Fundidos fabricados na faixa do milhões 10

11 Características dos Processos de Fundição Possibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto Carcaça de compressor para uma motor de jato, anteriormente produzido por soldagem de múltiplos componentes, transformado em um componente formado por duas peças fundidas Fundição de um molde de grande porte (grande parte do molde está enterrada no chão da fábrica). 11

12 Vantagens Funcionais dos Processos de Fundição Possibilidade de projetar os contornos internos e externos independente de quaisquer outros requisitos. Possibilidade de obtenção de estruturas(propriedades) em locais específicos (controle das condições de solidificação) nos quais são necessárias determinadas propriedades específicas tais como: rigidez, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, ou máxima resistência a tensões dinâmicas. Possibilidade de produzir uma peça complexa usando um único ciclo de fabricação. Possibilidade real de obter peças com bom acabamento superficial. Classificação dos Processos de Fundição Tipos de Moldes Areia Metálico Casca Cerâmica Cerâmica/Gesso Convencionais Especiais 12

13 Molde Superior Molde Inferior MACHO Cavidade do Molde Marcação do Macho Massalote Ataque Descida Canal de Distribuição Areia Processo de Fundição em Moldes de Areia Caixa de Moldagem Linha de Apartação Areia Detalhes de um Molde de Areia Modelos para a obtenção de Moldes de Areia Processo de fundição em Moldes Metálicos por Gravidade Fundição em Coquilhas Coquilha de pequeno porte Acionamento Manual Máquina Coquilhadeira 13

14 Processo de Fundição Sob Pressão Detalhe do Processo de Fundição Sob Pressão em Câmara Fria Componentes principais de uma Máquina de Fundição Sob Pressão em Câmara Fria (Esquema) Processo de Fundição de Precisão Microfusão - Cera Perdida Modelos Destrutíveis em Cera Moldes Tipo Casca Cerâmica Modelo em cera sendo recoberto por lama cerâmica (confecção do molde tipo casca cerâmica Moldes tipo casca cerâmica no momento do vazamento 14

15 Classificação dos Processos de Fundição Gravidade Forma de Enchimento Baixa Pressão Sob Pressão Centrifugação Critérios para escolha de um processo de fundição: Material Peça Fatores Econômicos Infraestrutura 15

16 Critérios para escolha de um processo de fundição: Material Propriedades Propriedades da Peça Nível de qualidade desejado Propriedades de Fundição Definem a maior ou menor facilidade de obtenção da peça Propriedades de Fundição: Propriedades que determinam a maior ou menor habilidade de uma liga para a obtenção de pecas fundidas. ou seja, definem a FUNDIBILIDADE de uma liga. Propriedades associadas com a Fusão e o Preenchimento: Ponto de fusão : preferência por ligas com composição eutética (menores temperaturas de fusão) economia de energia na fusão Fluidez: preferência por ligas com composição eutética maior capacidade de preenchimento. Reatividade no estado líquido 16

17 FUNDIBILIDADE de uma liga metálica Propriedades associadas com a Solidificação: Modelo de Solidificação e formação de rechupes: preferência por ligas com composição eutética maior facilidade na compensação das contrações volumétricas associadas com a solidificação Coeficiente de Contração Volumétrica: preferência por ligas com composição eutética idem a anterior Tendência à Trincas de Solidificação: preferência por ligas com composição eutética correlacionada com o modelo de solidificação. Critérios para escolha de um processo de fundição: Peça Performance: propriedades finais Design: tamanho, formato, espessura e complexidade Exigências: tolerâncias dimensionais, acabamento superficial, processamento subsequente 17

18 Critérios para escolha de um processo de fundição: Fatores Econômicos Projeto e custo do ferramental Vida útil dos ferramentais Geração de sucatas e retornos Quantidade total a ser produzida Custo total do processamento Relação Custo x Benefício Critérios para escolha de um processo de fundição: Infraestrutura Disponibilidade de equipamentos Experiência profissional Tempo até o início da produção 18

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