Fundição em Moldes Metálicos Permanentes por Gravidade.

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1 Aula 10: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas) 01: Introdução - Características do processo - Etapas envolvidas. - Fatores econômicos e tecnológicos - Ligas emprwegadas 02: Coquilhas e Máquinas Coquilhadeiras - Coquilhas Manuais - Coquilhas movimentadas mecanicamente - Máquinas coquilhadeiras simples, de grande porte e com sistema de basculamento. 03: Projeto de Coquilhas - Requisitos principais. - Fatores a serem considerados - Materiais para os moldes. - Aspectos construtivos dos moldes. - Revestimento dos moldes. - Temperaturas das coquilhas Fundição em Moldes Metálicos Permanentes por Gravidade. Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou mais partes Usado repetidamente para a produção de muitas peças. Os moldes utilizados são denominados Coquilhas As Coquilhas podem ser movimentadas manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando-se Máquinas Coquilhadeiras. 1

2 ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO: 1. O molde é pintado com pincel ou spray nas superfícies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de C). 2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente. 3. Vazamento da liga e enchimento do molde. 4. Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos 5. Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças. Características das peças obtidas: Melhor Acabamento Superficial. Maior Precisão Dimensional. Estrutura com grão mais finos em comparação com as peças fundidas em areia. Propriedades Mecânicas Superiores. 2

3 Molde = Coquilha : pode produzir de até peças Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha: liga utilizada tamanho e complexidade da peça material usado na sua fabricação revestimento aplicado Fatores Econômicos Processo que envolve um alto custo inicial. Máquina Coquilhadeira + Moldes No caso da necessidade de utilização de Machos: Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças. Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia. Molde Semi-Permanente 3

4 Fatores Econômicos Em que situações se justifica a utilização do processo? Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades) Altas produções. Mão de obra menos especializada. Redução no peso da peça. Redução na usinagem Melhor acabamento. Fatores Tecnológicos: Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg. Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos. Opção pela utilização de Moldes de Areia. Peso Máximo por Liga Ligas de Alumínio = 14Kg Ligas de Cobre = 10 Kg Ligas de Ferro = 50 Kg 4

5 Ligas Utilizadas: Ligas de Alumínio Formam óxidos que promovem enchimento lento. Possuem grande contração Necessidade de Massalotes As peças podem se deformar na extração devido a alta temperatura. Temperatura de Vazamento = C Ligas Utilizadas: Ligas de Magnésio São frágeis Exigem cuidados na extração São suscetíveis à trincas. Extremamente oxidáveis. Temperatura de Vazamento = C 5

6 Ligas Utilizadas: Ligas de Cobre Grandes contrações Ejeção deve ser rápida Solidificam a temperaturas elevadas. Temperatura de Vazamento = C Ligas de Ferro Produção de peças pequenas e simples. Temperatura de Vazamento = C Moldes Coquilhas Coquilha Manual confeccionado com blocos simples para peças finas 6

7 Moldes Coquilhas Coquilha Manual deslizante sobre placa base para peças mais espessas Maquinas Coquilhadeiras Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico 7

8 Maquina Coquilhadeira Maquina Coquilhadeira de Grande Porte 8

9 Maquina Coquilhadeira com Sistema de Basculamento Regras Gerais de Projeto das Peças: Desenho da peça não deve ser complexo. Seções devem ser uniformes. Evitar cantos vivos. Evitar machos (metálicos ou de areia). Espessura mínima em torno de 3mm. Usar nervuras para evitar paredes pesadas. 9

10 Projeto dos Moldes: Requisito Principal: o molde deve extrair calor do metal líquido a um determinada velocidade. Princípios Básicos Aplicados: Necessidade de resfriamento com água Controle da direção do fluxo de calor uso de materiais e recobrimentos com diferentes capacidades de extração do calor. Requisitos Principais dos Moldes: Devem resistir aos esforços de manuseio e apresentar a maior vida útil possível Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação. Devem extrair calor do metal líquido a uma determinada velocidade Necessidade de sistemas de resfriamento. 10

11 Projeto do Molde Fatores a serem considerados: Vida útil relativamente longa Precisão dimensional da cavidade Necessidade de altas velocidades de produção Aspectos do projetos dos moldes relacionados com suas funções metalúrgicas e de engenharia - Sistema de canais de enchimento - Sistema de alimentação (massalotes) - Detalhamento dos aspectos operacionais 11

12 Fatores importantes no projeto de moldes para processos intermitentes: Temperaturas máxima e mínima da face do molde durante o ciclo Magnitude dos gradientes de temperatura através das paredes dos moldes Freqüência de repetição do ciclo de produção Consequências do aquecimento e das variações de temperaturas: - Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas - Variações microestruturais em função de aquecimentos prolongados ou reações químicas Empenamentos ou fissuras nas faces devido Fadiga Térmica 12

13 Objetivos do controle de temperatura do molde: Garantir uma utilização segura retirada da umidade Obter fundidos com superfícies lisas temperaturas ótimas C Promover direção e velocidades de solidificação ótimas Obter uma vida útil mais longa Materiais para Moldes: Fatores determinantes da escolha do material: Tipo de liga a ser vazada. Quantidade de peças a serem produzidas. Condições operacionais. Materiais Utilizados Ferro Fundido Aço H13 Temperado Cobre - Cromo 13

14 Recomendação de Materiais para Coquilhas segundo a AFS Tamanho da Peça Número de Vazamentos Pequena Menor que 25mm F o F o Cinzento F o F o Cinzento H11 F o F o Cinzento c/ insertos de H14 Médias e Grandes até 900mm F o F o Cinzento F o F o Cinzento F o F o Cinzento H11, H13, H14 Propriedades Importantes em Materiais para Coquilhas: Facilidade de Usinagem. Estabilidade Dimensional. Boa Difusividade Térmica. Resistência a trincas e fissuras por Fadiga Térmica 14

15 Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Espessura de Parede 40 a 60 mm (em média) Paredes muito Espessas Demora para atingir temperatura de trabalho Aumento Significativo no peso. Paredes muito Finas Menores que 15 mm Apenas peças pequenas e simples Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Furos e Rasgos para Saída de Ar Na linha de divisão do molde com 0,13 a 0,25 mm de profundidade e largura variável. Feitos após testes. Tolerâncias Para peças de Alumínio que requerem alta precisão Moldes de Aço de Baixa Liga ou Aço para Ferramentas Tolerâncias de 0,38 até 0,13 mm 15

16 Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Insertos Na cavidade total ou parcial do molde. Finalidades dos Insertos: Material idêntico ou diferente. Aumentar a vida útil dos moldes. Simplificar a usinagem. Manuseio ou troca de partes e consertos Saídas de ar. Resfriadores ou aquecimento em certas áreas da cavidade do molde. Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Sistemas que evitem turbulência. Sistemas de Canais Sistemas de alimentação e ataque que produza solidificação direcional. Possibilidade da utilização de Filtros. 16

17 Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Externo = Ângulos de Saída Interno = Machos = Parede de Peça Tolerância para Usinagem Espessura de 3mm usar distância máxima de até 75 mm. Espessura de 5mm usar distância máxima entre 75 e 150 mm. Até 250 mm de comprimento = 0,8 mm Acima de 250 mm = 1,2 mm Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Comprimento de macho sujeito por um extremo não deve exceder φ do macho x 10. Diâmetro mínimo para machos = 6mm. Machos Tipos: metálicos simples fixos metálicos deslizantes montáveis de areia. Movimentação: manual ou através de cilindros pneumáticos. Devem ser extraídos rapidamente para evitar agarramento. Mais econômico a utilização de machos metálicos (H14 ou aço ferramenta equivalente tolerância mínima e vida útil máxima. 17

18 Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas) Recomendação de Materiais para Machos Grandes segundo a AFS Número de Vazamentos F 0 F 0 Cinzento Areia, gesso F 0 F 0 Cinzento, H11 Areia, gesso F 0 F 0 Cinzento, F 0 F 0 Cinzento c/ insertos de H11, H11 Machos menores que φ = 77mm e L = 255mm a AFS recomenda os seguintes materiais, emn ordem de preferência: Areia H11(Rc entre 42 e 45) Aço Carbono. Ferramental para Fundição por Gravidade 18

19 Coquilha Basculante Sistema Tilt Peça fundida em Coquilha Carter 19

20 Revestimentos dos Moldes (Coquilhas) Composição Química: Silicato de Sódio: como ligante. Água: como solvente. Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, argila e outros ingredientes. Aplicação: pistola na cavidade da peça e com pincel (base isolante para massalotes). Obs.: Quando a camada é espessa taxa de resfriamento lenta (ação isolante). Revestimentos dos Moldes (Coquilhas) Sequência Operacional: Limpeza da cavidade com jato de areia melhor aderência da tinta. Aquecimento do molde a C Aplicação de quantas camadas forem necessárias (em função do efeito de isolamento desejado). Obs.1: Uma aplicação bem feita pode ser usada continuamente por 24h dependendo do desenho da peça. Obs.2: Recomenda-se a remoção completa e a repintura do molde em vez da realização de reparos. 20

21 Principais Funções das Tintas para Coquilhas Controlar o gradiente de temperatura solidificação direcional ótima e peças isentas de rechupes. Controlar o fluxo de metal para assegurar que o metal atinja todas as partes da coquilha com a temperatura necessária a não ocorrência de juntas frias. Facilitar a extração da peça. Garantir um bom acabamento na peça. Garantir uma maior vida útil do molde (evita soldagem do metal no molde) Reduzir o choque térmico. Meios para alterar o Resfriamento das Peças Situação Ideal garantir a solidificação direcional. Quando isto não é possível: Usar resfriadores de Cobre ou Aço Circulação de água. Uso de aquecimento localizado. Uso de tintas isolantes. 21

22 Temperatura da Coquilha Em fundição de Ligas de Alumínio C. Consequências de Temperaturas muito Altas: Maior formação de rebarbas. Menor produção. Redução nas propriedades mecânicas das peças. Maior tendência a rechupes. Menor vida útil do molde. Consequências de Temperaturas muito Baixas: Geração de solda fria nas peças. Redução na capacidade de alimentação Variáveis que afetam a Temperatura da Coquilha Quantidade de metal vazado. Formato da peça. Espessura de parede da coquilha. Frequência dos vazamentos. Tipo e espessura dos revestimentos (tintas). 22

23 Fatores que afetam a Temperatura de Vazamento Tamanho e forma da peça. Revestimento do molde. Sistema de resfriamento. Sistema de canais. 23