Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem

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1 Aula 11 : Processos de 01: Introdução - Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem - Aspectos relevantes no comportamento dos materiais de moldagem 02: Os Processos de Moldagem e Macharia em Areia - Tipos de ligantes - Areias para moldes e para machos - Métodos para compactação dos moldes e machos. 03: - Características tecnológicas de um molde de areia. - Fatores determinantes das características tecnológicas. - Constituintes das misturas. - Moldagem Menual. - Moldagem Mecânica Máquinas de Moldagem 04: Processos Especiais de Moldagem em Areia Moldagem à Vácuo Lost Foam Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem Não Destrutíveis (vida finita) Moldes Metálicos Limitações quanto a peso das peças e temperatura do metal Melhores precisões dimensionais Destrutíveis (uma utilização) Moldes de Areia A areia pode ser reciclada Piores precisões dimensionais 1

2 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 em um molde de areia Etapas básicas envolvidas na obtenção de uma peça fundida em areia verde 2

3 Etapas do Processo de Fundição em Moldes de Areia Fabricação do Ferramental modelo e caixas de machos. Preparação da Areia e Moldagem Sistema de Areias Misturadores Máquinas de Moldagem Sistema de Moldagem Sistemas de Fusão e Vazamento Desmoldagem Limpeza (corte de canais, rebarbação) Operações subsequentes (Usinagem, Tratamentos Térmicos ou Superficiais). Controle de qualidade, embalagem, expedição Fabricação do Ferramental Modelo e Caixas de Machos. Aspectos importantes: - Projeto da peça (detalhes de forma) - Definição da colocação dos machos - Definição da apartação - Definição dos canais de enchimento e massalotes - Definição do material (solicitações e durabilidade). 3

4 Fabricação do Ferramental Modelo e Caixas de Machos. Aspectos importantes: - Projeto da peça (detalhes de forma) - Definição da colocação dos machos - Definição da apartação - Definição dos canais de enchimento e massalotes - Definição do material (solicitações e durabilidade). Diferentes tipos de modelos para fundição de uma bomba hidráulica a) b) a) Modelo simples em madeira baixas produções. c) b) Modelo tipo match plate até moldes dependendo do material utilizado. c) Modelos separados (cope and drag) para até moldes (plástico) ou até ou mais (em metal). 4

5 Etapas para a construção de um modelo. A) B) C) a) Fabricação de um modelo mestre em madeira (negativo) levando em consideração a contração no estado sólido. b) O modelo mestre (negativo) é utilizado para obtenção de um modelo em resina sobre uma placa modelo de alumínio. c) Remoção de modelo negativo e colocação dos canais (em madeira). Os canais também podem ser feitos com resina (de forma similar aos modelos) ou de alumínio. Foto de peça obtida usando o ferramental ao lado Placa modelo contendo 05 peças 5

6 Peça de médio porte Canal de descida Resfriadores Massalotes Canal de distribuição Aspectos Relevantes no Comportamento dos Materiais de Moldagem Projeto e construção dos moldes Comportamento dos moldes durante o processo Ensaios e controle das propriedades dos materiais de moldagem Significado metalúrgico dos moldes 6

7 Processos de Fundição em Moldes de Areia Tipo de Ligante Inorgânicos Orgânicos Argilas Resinas Características necessárias para um molde de areia Plasticidade Resistência a esforços (extração do modelo) Consistência Refratariedade Permeabilidade Colapsibilidade Reproduzir e conservar a forma da cavidade após a extração do modelo Resistir às temperaturas elevadas às quais são submetidos Permitir a saida do ar e de gases da cavidade do molde Devem ser facilmente destrutíveis após a solidificação das peças 7

8 À Verde Bentonita +Água Areias para Moldes Aglomerados com Resinas Areias para Machos Aglomerantes orgânicos/inorgânicos Areias para Moldes Areia à Verde Areia Seca Areia de Cura à Frio (Cold Box) Areias para Machos Areia para Shell Moulding Areia + Silicado de Na + CO 2 Areia de Cura à Quente (Hot Box) Areia + Óleo de Linhaça 8

9 Sistema de Areias de Moldagem: circulação e utilização da areia em um processo de fundição Matérias Primas: controle de qualidade (Laboratório de Areais) Preparação da Mistura: misturadores, silos e sistemas de transporte Moldagem: silos, sistemas de transporte e máquinas de moldagem. Moldes: sistemas de transporte, vazamento, resfriamento e desmoldagem. Areia da Desmoldagem: sistemas de transporte (reaproveitamento no sistema de moldagem) e descarte. Typical foundry flow chart Ciclo da areia no Processo de Fundição 9

10 Reaproveitamento de areias (sistema de areias) Reaproveitamento de areias (sistema de areias) 10

11 Mistura: preparação da areia de moldagem MOLDAGEM EM AREIA A VERDE : Constituintes da Mistura: AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS Areia Base constituinte granular refratário Aglomerante Bentonita (argila) ação de ligação entre os grãos da areia base recobrimento dos grãos Água ligações químicas aglomeração dos grãos, propicia a obtenção de moldabilidade. Formação de ligações por pontes de H Dependem da qualidade da bentonita (n 0 de cátions trocáveis) Misturadores de Areia Misturador Contínuo Misturador Estacionário Misturador de alta velocidade com rodas horizontais 11

12 Misturadores de Areia Misturador intensivo pode ser contínuo ou estacionário Métodos de Compactação Usados na Produção de Moldes 1. Socamento Manual 2. Compressão P 3. Ação Vibratória 4. Arremesso Areia 12

13 Métodos de Compactação Usados na Produção de Machos 1. Socamento Manual Ar comprimido Câmara 2. Sopro e Disparo Bocais Caixa de Machos Areias para Moldagem à Verde 1. Características de um Molde de Areia. 2. Constituintes da Mistura. 3. Caracterização dos Constituintes e da Mistura através de Ensaios de Laboratório. 13

14 Características Tecnológicas de um Molde de Areia Permeabilidade Estabilidade Térmica Dimensional Inércia Química Difusividade Térmica Refratariedade Desmoldabilidade Fatores determinantes das características tecnológicas Qualidade dos materiais de moldagem. Teores dos constituintes. Forma de preparação da mistura. Forma de compactação. 14

15 MOLDAGEM EM AREIA A VERDE : AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS Areia Base constituinte granular refratário Aglomerante bentonita ação de ligação entre os grãos da areia base. Água ligações químicas aglomeração dos grãos Aditivos: Pó de Carvão: atenua efeitos de expansão da sílica reduz contato do metal líquido com a superfície do molde Melhora o acabamento superficial Amido de Milho (Mogul) aumenta a plasticidade Dextrina aumenta resistência aos efeitos da expansão térmica da sílica 15

16 Moldagem Manual Peças de grande porte e/ou produzidas em pequena escala Utiliza modelos soltos e soquetes manuais ou marteletes pneumáticos. Apresenta limitações quanto a precisão dimensional e o acabamento superficial das peças obtidas Os moldes obtidos são muito heterogêneos Moldagem Mecânica Utiliza Máquinas ou Prensas de Moldagem Peças de pequeno e/ou médio portes Produção em grandes séries Modelos geralmente em placas (em um ou nos dois lados da placa match plate Permite obtenção de peças com melhor precisão dimensional 16

17 Máquinas de Moldagem 1. Somente por Impacto (Jolt) 1 a geração de Máquinas de Moldagem Movimento de ascensão e descenso da placa de suporte. Utilizada para Moldes de Pequeno Porte 2. Impacto + Compressão (Jolt Squeeze) Máquinas de Moldagem Combinam ações de impacto e compressão. Indicadas para moldes maiores que exigem maiores esforços. 17

18 Máquina de Moldagem (Jolt Squeeze) 3. Prensas de Moldagem Máquinas de Moldagem DISAMATIC Partição Vertical do Molde Opera sem caixa Prensa Especial de Moldagem 03 Modelos com Dimensões Padronizadas 18

19 DISAMATIC Vista geral de um sistema Disamatic MOLDAGEM DISAMATIC EXTRAÇÃO DO MODELO Seqüência de Operações: COLOCAÇÃO DE MACHOS FECHAMENTO VAZAMENTO/RESFRIAMENTO DESMOLDAGEM 19

20 DISAMATIC 4. Moldação por Impacto A moldação por impacto é o sistema mais recente de moldação em areia a verde. Neste sistema, após o enchimento da caixa de moldação com areia, é aplicado um impulso de ar comprimido à superfície da areia, a uma pressão de cerca de 4 bar, não sendo utilizado nenhum outro processo de compactação 20

21 Máquinas de Moldagem Moldadora simples para a aplicação em linhas de moldagem com areia verde e caixas tampa e fundo Acionamento: Hidraúlico comandado por CLP Proporciona elevada compressão e homogeneidade de dureza na areia dos moldes, caracterizando um produto final isento de defeitos. Cabeçote de Compressão Múltiplo Representação Esquemática 21

22 Representação em 3D Esquema de Funcionamento 22

23 Linhas de Moldagem As Linhas de Moldagem são extensões da Moldadora. O objetivo é alcançar a máxima performance em uma linha de produção. Normalmente são desenvolvidas em conjunto com o Cliente, buscando alcançar o melhor layout para cada situação. As linhas podem ser automatizadas juntamente em sincronia com a Moldadora e a operação de vazamento Uma Linha de Moldagem além de acompanhar as séries da moldadora, também pode ser: manual, semi-automática ou automática. Linhas de Moldagem Os componentes de uma linha normalmente são: -Virador de caixa; -- Fechador de caixas; -- Elevador de caixas; -- Desmoldagem do bolo; -- Abertura de caixas; -- Empurrador de caixas; -- Frenagem da linha; -- Transferência de caixas; -- Frezamento de canal; -- Pistas para colocação de machos; 23

24 Linhas de Moldagem Exemplo de Procedimento de Peça : Manga de Eixo Material: Ferro Fundido Nodular Ferrítico 24

25 Processo de Molde Inferior Filtro Tipo Esponja Briquete (Fe+Si) Inoculante Colocação dos Machos 25

26 Molde Superior Molde após Vazamento Moldagem à Vácuo (V-process) O processo de moldagem à vácuo (V-process), é um processo de moldagem em areia que não utiliza aglomerantes. A areia é colocada entre dois filmes de plástico e moldada pela aplicação de vácuo. O processo foi inicialmente desenvolvido no Japão para a produção de fundidos com elevadas relações área superficial/volume, estando hoje licenciado para utilização em todo o mundo Vantagens: Redução na evolução de fumos e poeiras. Dispensa o uso de misturadores de areia e de máquinas de moldagem Simplifica a desmoldagem e o reaproveitamento da areia. Menor desgaste dos ferramentais Os fundidos obtidos apresentam bom acabamento e excelente precisão dimensional 26

27 Sequência de fabricação de moldes por moldagem à vácuo V-process molds V-process molds Etapa 1 Colocação do modelo na placa de transporte Etapa 2 Um aquecedor amolece um filme plástico com espessura 0,05 a 0,10mm e grande elasticidade Etapa 3 O filme plástico é colocado sobre o modelo, a seguir é aplicado um vácuo das ordem de 200 a 400 torr ocasionando uma forte aderência do plástico ao modelo Etapa 4 Uma caixa é colocada sobre o modelo recoberto com o filme plástico. Note que a caixa possui um tubo de sucção no lado direito Etapa 5 A caixa é preenchida com areia seca, uma pequena vibração compacta a areia atingindo a máxima densidade. 27

28 V-process molds Etapa 6 Confecção do funil de vazamento, cobertura do copo como um filme plástico e colocação de um plástico de cobertura sobre a caixa. Etapa 7 Aplicação de vácuo na caixa. A pressão atmosférica endurece a areia fazendo com que a mesma adquira o formato do modelo. Aliviando o vácuo no modelo a placa de transporte e o molde se separam facilmente. Etapa 8 Os molde superior e inferior são unidos. Durante o vazamento os moldes são mantidos sob vácuo. Etapa 9 Após resfriamento o vácuo é retirado a os moldes se desintegram, não havendo queima e ném formação de torrões. A areia é colhida para reutilização PROCESSO LOST FOAM a) Caixa com areia base b) Posicionamento do modelo na caixa. c) Caixa em preenchimento com areia solta. A areia é posteriormente compactada por vibração. d) Molde pronto para o vazamento. 28

29 PROCESSO LOST FOAM Vazamento e preenchimento do molde. PROCESSO LOST FOAM Após solidificação e resfriamento da peça a caixa é basculada e a areia é colhida para uma nova utilização. Conjunto fundido vai para o corte dos canais e limpeza das peças. 29

30 Estabilização Matéria Prima Expansor Alimentador Prensa de Moldagem Molde Sequência de operações para fabricação de um modelo destrutível (foam pattern) Modelo Compactado 30