Processo de fundição: Tixofundição

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1 Processo de fundição: Tixofundição Disciplina: Processos de Fabricação. Professor Marcelo Carvalho. Aluno: Gabriel Morales 10/44940.

2 Introdução O processo de fabricação conhecido como fundição pode ser descrito de maneira básica, como sendo a deposição de um metal ou liga metálica, em estado líquido, em um molde com as dimensões correspondentes à peça que se deseja fabricar. Posteriormente, a liga metálica é endurecida e a peça é retirada do molde. Com isso, pode-se explicar de maneira sucinta e clara como funciona este processo. É possível dizer que este processo tem origem na Era do Bronze, por volta do ano de a. C. É dessa época que datam as primeiras ferramentas de cobre fundido, com o molde tendo sido fabricado a partir da utilização de pedras lascadas. Mas, como diversos outros fatores da sociedade, este processo também foi desenvolvido conforme a habilidade humana foi crescendo. Assim, por volta do ano 600 a. C., os chineses passaram a utilizar peças fabricadas com a fundição do ferro. E, por volta do ano 1700, foi iniciada a utilização da fundição de aço. E, até hoje, estudos científicos levam à descoberta de novas tecnologias e formas de produção. Figura 1 - Exemplo de ferramentas de cobre fundido Apesar de ser de fácil compreensão, a fundição é um processo que pode ser complicado e de difícil aplicação. Quando se trata de escala industrial, o processo pode ser desenvolvido de várias formas, de acordo com alguns fatores que devem ser considerados previamente: Grau de complexidade; Quantidade de peças a produzir; Acabamento superficial desejado; Custo; Figura 2 - Despejo da liga metálica no molde

3 De forma geral, os processos de fundição apresentam uma certa vantagem em relação a outros processos de fabricação. São bastante vantajosos quando utilizado para a produção de peças com formatos complexos ou com cavidades internas. Em virtude disso, com o passar dos anos a fundição se tornou um processo de grande importância para o setor industrial mundial, ao facilitar a produção de peças que outrora exigiam uma quantidade maior de trabalho e recursos financeiros. Por outro lado, o processo de fundição também apresenta algumas desvantagens. Durante o processo de solidificação da liga metálica dentro do molde pode haver a formação de porosidade no material. Somado a isso, sabe-se que as peças fundidas possuem propriedades mecânicas inferiores às peças conformadas mecanicamente. Alguns exemplos de processos de fundição: 1. Fundição em areia verde; 2. Fundição em areia seca; 3. Fundição em areia Shell; 4. Fundição em injeção; 5. Fundição sob pressão; 6. Fundição por centrifugação; 7. Fundição de precisão; Figura 3 - Fundição em areia verde Para o desenvolvimento deste trabalho, será estudado o processo de fundição conhecido como tixofundição ou fundição de ligas semi-sólidas de alumínio.

4 Tixofundição A tixofundição ou também chamada de fundição de ligas de alumínio semisólidas foi descoberta em meados da década de 1980 no MIT Massachusetts Institute of Technology, nos Estados Unidos. Este processo já é bastante difundido em alguns países, sendo empregado na produção industrial de países desenvolvidos, como Estados Unidos, Alemanha, França e Japão. Por muitos anos, esta técnica foi ignorada pelo setor industrial brasileiro mas, nos últimos anos, teve uma expansão dentro das indústrias brasileiras. Figura 4 - Exemplo de tixofundição Porém, um dos agravantes que impede uma expansão ainda maior da técnica no país é a questão financeira. As ligas utilizadas neste processo exigem um tratamento diferenciado, fazendo com que a importação da mesma seja necessária, elevando os custos de maneira exorbitante. Somado a isso, a implantação de todo o processo requer um grande nível de investimento, de forma que outro obstáculo ao desenvolvimento seja criado. Dessa forma, acaba sendo criado um ciclo vicioso, onde as indústrias não se adaptam a esta nova tecnologia, não há fornecedores de matéria prima e toda a produção industrial acaba sendo prejudicada, deixando o produto nacional em desvantagem em relação aos produtos importados. A grande inovação relativa ao processo de tixofundição se refere ao material utilizado para a produção das peças. Ao invés de ligas metálicas ou metais em estado líquido, é utilizada uma espécie de pasta como principal matéria prima. Esta pasta tem em sua composição 60% de material em estado sólido e 40% dos seus constituintes em estado líquido. Com isso, tem-se um atrito de magnitude menor entre o molde e o metal, de forma que há um desgaste menor das peças envolvidas no processo e, conseqüentemente um aumento da produtividade. Além disso, este processo permite a produção de peças mais leves e resistentes, com a possibilidade de um acabamento de qualidade superior da peça final. Outra vantagem da substituição da liga metálica líquida pela pasta é o fato de, após o processo de solidificação, o material não apresentar porosidades. Com isso,

5 obtém-se peças com uma resistência mecânica maior, permitindo uma ampliação de sua área de aplicação. Figura 5 - Peça produzida a partir de tixofundição Pasta A pasta utilizada durante o processo de tixofundição é uma mistura do mesmo material, com uma parte sólida e outra parte em estado líquido. Geralmente, para a pasta tixotrópica é utilizado o alumínio em estado semipastoso, na proporção que pode variar de 60% estado sólido 40% estado líquido ou na proporção 50%-50%. Porém, a pasta tixotrópica só é obtida após passar por controles rigorosos de qualidade, já que o grande diferencial desse processo de fabricação se encontra na matéria prima utilizada para a produção da peça. Para a obtenção da pasta tixotrópica, é necessário que seja utilizado um material cuja estrutura tenha sido modificada. Não é possível, por exemplo, a utilização de alumínio puro, pois torna o controle do processo extremamente difícil. De forma geral, o que acontece é o uso do alumínio em uma liga composta também por elementos como silício, cobre ou magnésio. Figura 6 - Pasta tixotrópica - aspecto semelhante ao de manteiga

6 Quando em estado semipastoso, o material pode ser tranquilamente manuseado, sem a necessidade de aplicação de pressão ou mudanças de temperatura, com uma viscosidade que lembra a do mel. Mas, ao ser injetado no molde, a pasta adquire um estado semelhante ao estado líquido. Nesse momento, o alumínio assume características tanto do estado sólido quando do líquido. O metal continua sólido, mas tem uma fluidez de escoamento de um líquido. Essa característica traz uma enorme vantagem durante o processo de fundição, pois possui uma elevada capacidade de moldagem, permitindo que sejam fundidas peças com geometrias complexas. Outra vantagem é o fato de, ao contrário de grande parte dos processos de fundição, a peça produzida possui um acabamento de boa qualidade, não exigindo que passe por um processo de desbaste de rebarbas. A utilização da pasta tixotrópica também tem como vantagem o fato de exigir um investimento econômico menor, ao ser comparado com os processos tradicionais de fundição. Isso é conseqüência de exigir temperaturas menores de transformação e por apresentar ciclos de moldagem menores do que quando utilizada uma liga metálica em estado líquido. Aplicações A descoberta e posterior desenvolvimento da técnica de tixofundição possibilitou que houvesse uma evolução de alguns componentes em diversas áreas. Algumas das áreas que foram beneficiadas foram a indústria automobilística, telecomunicações e industria de computadores e eletrônica embarcada. Aqui será dado um enfoque maior na indústria automotiva e as conseqüências que foram trazidas ao mercado em virtude da adoção deste novo processo de fabricação. Figura 7 - Rodas de automóveis que podem ser produzidas a partir da tixofundição

7 Dentre todos os segmentos em que a tixofundição pode ser aplicada, a indústria de automóveis é a maior beneficiada. No Brasil, este segmento industrial deve ser o primeiro a conseguir deixar o processo mais competitivo, em virtude da expectativa de ampliação de seu uso nas fábricas do país. Isso ocorre em virtude da mentalidade adotada mundialmente, onde há uma enorme preocupação com o meio ambiente. A tixofundição entra nesse campo pois possibilita a produção de peças com peso reduzido, o que gera uma economia de combustível e, conseqüentemente, uma menor poluição da atmosfera com gases tóxicos. Com a possibilidade de criação de peças com peso reduzido e com uma qualidade superior, será possível aplicar essa técnica para a produção de outras partes, que antes não podiam ser obtidas tão facilmente com os processos tradicionais de fundição. Será possível produzir peças para a suspensão de automóveis, embreagens, caixa de direção, dentre outras. Para exemplificar os benefícios que esta técnica traz, serão utilizadas dois modelos de rodas de liga leve produzidas pela empresa norte-americana SSR. Figura 8 - Rodas da empresa SSR A roda da esquerda foi produzida utilizando liga metálica tradicional, enquanto a roda da esquerda foi fabricada a partir da tixofundição. Utilizando os dados da própria figura, observa-se que a roda produzida através de processos tradicionais de fundição possui uma massa de 29 libras, cerca de 13,2 kg. Já a roda produzida a partir de uma pasta tixotrópica pesa 20 libras, cerca de 9 kg. Assim, nota-se que houve uma diferença de 4,2 kg, ou uma diminuição de 31% em sua massa. Se multiplicarmos por 4, teremos uma diferença total de quase 17 kg.

8 Este exemplo mostra a enorme vantagem que a aplicação da técnica de tixofundição pode trazer durante a concepção de um projeto. Uma pequena alteração nas rodas já trouxe um ganho de 17 kg e, se for somado a outras modificações que podem ser feitas, o ganho pode ser maior. Outro ponto aonde esse método pode ser aplicado é na fabricação do bloco do motor. Como a técnica permite a utilização de geometrias complexas, é possível produzir o bloco todo em uma só peça. Com isso, pode-se obter um ganho de até 20 kg apenas na fabricação do bloco do motor de um veículo. Figura 9 - Cilindro mestre de um autómovel

9 Conclusão Após a realização do processo de pesquisa e posterior elaboração do trabalho, é possível observar as inúmeras vantagens que o processo de tixofundição pode trazer, especialmente para o setor industrial. É um processo relativamente recente e que ainda possui um enorme campo para se expandir. Para que essa expansão ocorra, é necessário que haja investimentos por parte das indústrias instaladas no país e, sem dúvidas, esse gasto inicial será recuperado em pouco tempo, já que o processo de tixofundição traz inúmeros benefícios para quem os aplica. Um custo de produção por peça menor, uma produtividade maior e resistência à impactos maior são algumas das características das peças produzidas através deste processo. Com a sua expansão, será possível ampliar a gama de peças produzidas seguindo este método, o que acarretará em uma quantidade maior de peças disponíveis e com uma tecnologia mais avançada. Assim, peças mais leves e eficientes poderão equipar os veículos produzidos, de forma a beneficiar a indústria, o proprietário e, de forma geral, toda a sociedade, ao ser emitidos uma quantidade menor de poluentes.

10 Referências Bibliográficas Portal da ABAL Associação Brasileira do Alumínio Portal Revista Alumínio - Semi-solid Metal (SSM) Processing A New Approach to Metal Casting, Dr. Muhammad Kamran. Aluminum Future Technology in Die Casting, J. L. Jorstad.

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