Processos de vazamento em moldações permanentes

Processos de vazamento em moldações permanentes Alberto Rui Marques Correia Sampaio de Lima * Alexandre Wragg Freitas ** Paulo Jorge da Mota Magalhães *** Docente: Rui Jorge de Lemos Neto Relatório elaborado no âmbito da disciplina de Tecnologia da Fundição do 2º semestre do 1º ano do curso de licenciatura em Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Porto, Maio de 2003

2 Processos de vazamento em moldações permanentes Relatório elaborado no âmbito da disciplina de Tecnologia da Fundição do 2º semestre do 1º ano do curso de licenciatura em Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Docente: Rui Jorge de Lemos Neto Alberto Rui Marques Correia Sampaio de Lima Alexandre Wragg Freitas Paulo Jorge da Mota Magalhães Porto, Maio de 2003

3 Agradecimentos Ao Professor Rui Neto, pela disponibilidade demonstrada durante toda a elaboração do relatório. Ao Professor Carlos Ribeiro, pela disponibilização de material bibliográfico. Ao INEGI, pela disponibilização de instalações e material, permitindo a recolha de informação fotográfica.

4 SUMÁRIO... 6 1. INTRODUÇÃO... 7 1.1. ENQUADRAMENTO DO TEMA... 7 1.2. EVOLUÇÃO HISTÓRICA DOS PROCESSOS DE VAZAMENTO EM MOLDAÇÕES PERMANENTES... 13 2. CARACTERIZAÇÃO DOS PROCESSOS DE VAZAMENTO EM MOLDAÇÕES PERMANENTES... 18 2.1. ASPECTOS COMUNS DOS PROCESSOS DE VAZAMENTO EM MOLDAÇÕES PERMANENTES... 18 2.1.1. Características gerais das moldações... 19 a) Requisitos de índole técnica... 19 b) Requisitos de resistência da moldação... 19 c) Características físico-químicas... 20 2.1.2. Revestimentos... 20 2.1.3. Machos... 21 2.1.4. Defeitos das peças... 22 a) Falta de metal/enchimento incompleto da moldação... 23 b) Inclusões... 24 c) Defeitos de contracção... 26 2.1.5. Questões técnicas críticas... 30 a) Fusão do metal... 30 b) Vazamento do metal... 30 c) Solidificação da peça... 31 d) Extracção da peça... 31 2.2. FUNDIÇÃO POR GRAVIDADE... 32 2.2.1. Definição e descrição do processo... 32 a) Vantagens... 33 b) Desvantagens... 33 2.2.2. Equipamentos... 34 a) Moldações... 34 b) Sistemas de gitagem... 38 2.2.3. Fundição de baixa pressão... 41 a) Descrição do processo... 41 b) Variantes do processo (vácuo e método Griffin)... 42 c) Vantagens... 42 d) Desvantagens... 43 2.2.4. Parâmetros para fundição por gravidade... 43 a) Temperatura do molde... 43 b) Pré-aquecimento do molde... 44 c) Temperatura de vazamento... 44 2.2.5. Ligas utilizadas na fundição por gravidade... 44 2.2.6. Exemplos de aplicações... 45 2.3. FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO OU INJECTADA... 48 2.3.1. Definição e descrição do processo... 48

5 a) Vantagens do processo... 48 b) Desvantagens do processo... 49 2.3.2. Máquinas... 49 a) Máquinas de Câmara Quente... 50 b) Máquinas de Câmara Fria... 52 2.3.3. Ligas utilizadas em fundição injectada... 53 a) Ligas de Alumínio... 54 2.3.4. Parâmetros de Fundição Injectada... 54 a) Temperatura do banho... 55 b) Pressão de injecção... 55 c) Velocidade de injecção... 55 d) Temperatura do molde... 56 e) Lubrificante... 56 2.3.5. Exemplos de aplicações... 57 2.4. FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO... 60 2.4.1. Definição e descrição do processo... 60 2.4.2. Parâmetros da fundição por centrifugação... 60 2.4.3. Fundição por centrifugação horizontal... 61 a) Equipamentos de centrifugação... 63 b) Moldações utilizadas em fundição por centrifugação... 63 2.4.4. Fundição por centrifugação vertical... 63 a) Fundição centrifugada propriamente dita... 64 b) Fundição semi-centrifugada... 64 c) Fundição sob pressão devida à centrifugação... 65 2.4.5. Exemplos de aplicações... 66 2.5. VAZAMENTO NO ESTADO SEMI-LÍQUIDO OU SQUEEZE CASTING... 67 2.5.1. Parâmetros de Squeeze casting... 68 2.6. OUTROS PROCESSOS DE FUNDIÇÃO EM MOLDAÇÕES PERMANENTES... 70 2.6.1. Vazamento contínuo e semi-contínuo... 70 2.6.2. Slush casting... 71 3. COMPARAÇÃO ENTRE PROCESSOS DE VAZAMENTO EM MOLDAÇÕES PERMANENTES E OUTROS MÉTODOS DE FUNDIÇÃO... 73 4. FONTES DE INFORMAÇÃO... 80 4.1. BIBLIOGRAFIA... 80 4.2. INTERNET... 81

6 Este trabalho tem como objectivo o estudo dos processos de vazamento em moldações permanentes. Estes distinguem-se dos restantes pelo facto de utilizarem moldações metálicas ou de grafite capazes de produzir grandes séries de peças. Dividem-se essencialmente em quatro vertentes e respectivas variantes: vazamento em coquilha ou por gravidade; sob pressão; por centrifugação; e no estado semi-líquido. As moldações necessárias aos processos deverão possuir um conjunto de requisitos, de acordo com a peça que se pretenda obter. Para a obtenção de fundidos são possíveis diversos processos de alimentação e gitagem que previnem o aparecimento de defeitos tais como inclusões, rechupes, ou ainda contracções do metal no estado sólido. Com este estudo pretende-se expor diversos processos de vazamento em moldações permanentes, assim como vários factores que poderão influenciar a escolha do processo mais adequado às exigências da peça e respectiva série de produção.

7 1.1. Enquadramento do tema O objectivo fundamental da fundição é o de dar forma geométrica adequada ao metal, vertendo-o no estado fundido dentro de uma cavidade feita no interior de uma moldação (conjunto de elementos em materiais apropriados que definem o molde), para após solidificação se obter a peça moldada 1. A fundição é uma tecnologia milenária que tem conhecido, desde o início do século XX, um rápido desenvolvimento, sendo hoje um dos processos mais utilizados na produção de componentes metálicos para as mais diversas aplicações estima-se que 90% de todos os equipamentos, ferramentas e utensílios existentes incorporam peças fundidas 2. Segundo Ferreira (1999) é possível apontar uma série de factores responsáveis pela utilização generalizada dos diferentes processos de fundição: Utilização de matérias-primas e subsidiárias relativamente abundantes na superfície terrestre esta é uma das razões pelas quais a fundição é praticada desde a antiguidade; Baixos custos de fabrico quando comparados com outros processos industriais; Possibilidade de obtenção de peças de volumes e pesos muito diferentes, desde poucos gramas a mais de cem toneladas; Possibilidade de obtenção de peças com grande complexidade geométrica; Possibilidade de fundição de praticamente qualquer tipo de liga metálica; Viabilidade económica, na maioria dos casos, para qualquer quantidade de peças a fabricar. A fundição foi tida, durante muito tempo, como uma tecnologia incapaz de proporcionar a obtenção de produtos com boa precisão dimensional e/ou bom acabamento superficial, obrigando normalmente ao recurso a operações de acabamento complementares, como por exemplo a maquinagem. No entanto, o desenvolvimento de novos processos de fundição e o melhoramento/aperfeiçoamento de processos já existentes têm permitido a alteração desta imagem. De facto, a existência actual de diversos processos distintos de obtenção de um fundido, possuindo cada um deles características e potencialidades bem diferentes, confere à tecnologia da fundição uma combinação de características de qualidade, versatilidade e flexibilidade dificilmente igualáveis por outros processos industriais de obtenção de peças. No entanto, a satisfação dos tradicionais requisitos impostos à indústria da fundição (nomeadamente boas características mecânicas das peças, a ausência de defeitos 1 Bibliografia nº5. 2 Bibliografia nº5.

8 internos e garantia de microestruturas compatíveis com o futuro desempenho dos fundidos) já não é suficiente. Actualmente, as exigências que se colocam às peças fundidas são diferentes em qualidade e em quantidade, particularmente no que concerne às peças destinadas às indústrias automóvel, aeronáutica e electrónica. O desenvolvimento tecnológico que estas indústrias têm vindo a conhecer nos últimos anos, levou à procura de produtos, nomeadamente fundidos, cada vez mais leves, mais perfeitos, passíveis de utilização imediata, sem necessidade de recurso às sempre morosas e dispendiosas operações de acabamento posteriores. A fundição é, portanto, uma tecnologia em constante desenvolvimento, sempre na procura das melhores respostas aos novos (e velhos!) desafios que lhe são colocados. Nesta secção iremos tentar fazer um resumo da produção global em fundição no que respeita aos anos de 1999 até 2001, de forma a conseguirmos ter uma noção do desenvolvimento da indústria nos últimos anos 3. Quadro 1 - Produção Global do Sector de Fundição Ferrosos e não Ferrosos (Milhares de tons) Produção Global do Sector de Fundição Ferrosos e não Ferrosos Milhares de tons TIPOS DE LIGA 1999 2000 2001 Ferro Cinzento - FC 46,00 43,90 34,10 Ferroso Nodular - FN 35,90 44,50 51,40 Aço 15,80 13,90 14,40 Total de Ferrosos 97,70 102,30 99,90 Alumínio Al 15,50 16,30 17,80 Cobre Cu 4,00 4,70 5,95 Magnésio Mg 0,25 0,25 0,25 Zinco Zn 1,60 1,50 1,55 Total de N Ferrosos 21,35 22,75 25,55 Total F + NF 119,05 125,05 125,45 Gráfico 1 - Produção de Ferrosos (milhares de toneladas) Produção de Ferrosos Mil Tons. 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 FC FN Aço Total Tipos de Liga 1999 2000 2001 3 Todos os valores foram retirados da Bibliografia nº18.

9 Gráfico 2 - Produção de Não Ferrosos (milhares de toneladas) Produção de Não Ferrosos 30,00 25,00 Mil Tons. 20,00 15,00 10,00 5,00 1999 2000 2001 0,00 Al Cu Mg Zn Total Tipos de Liga No que respeita à produção de ligas ferrosas, podemos observar uma diminuição da produção de ferro fundido cinzento e um aumento do ferro fundido nodular. Em termos totais houve uma pequena quebra em relação ao ano de 2000. Já no que respeita às ligas não ferrosas, existe um domínio absoluto da liga de alumínio, muito embora se esteja a verificar um aumento na utilização das ligas de cobre. No que concerne ao zinco, este ainda é utilizado mas a sua produção estagnou. Em termos gerais tem-se vindo a assistir a um crescimento na produção de ligas não ferrosas. Na globalidade, a produção de ligas ferrosas é muito superior às não ferrosas e houve um aumento na produção do ano de 2000 e uma manutenção na produção do ano de 2001. Quadro 2 - Produção Nacional/U.E (Toneladas) - 2001 Produção Nacional/U.E. 2001 Toneladas TIPOS DE LIGA Portugal U.E. %Nacional Ferrosos 99.900 11.598.200 0,86 Não Ferrosos 25.550 2.421.300 1,06 Total 125.150 14.019.500 0.89

10 Gráfico 3 - Produção Nacional/U.E (Toneladas) - 2001 Produção Nacional/U.E (Toneladas) - 2001 Portugal U.E. No Gráfico 3 podemos verificar o facto de Portugal apenas possuir uma pequeníssima parte da produção de ligas, quer ferrosas quer não ferrosas, dentro da União Europeia. Quadro 3 - Produção em valor (milhões de Euros) Produção em Valor Milhões de Euros TIPOS DE LIGA 1999 2000 2001 Total de Ferrosos 151,40 160,00 163,20 Total de N Ferrosos 86,80 102,30 114,60 Total F+NF 238,20 262,30 277,80 Gráfico 4 - Produção em valor (milhões de Euros) 150 Produção em valor Millhõs 100 50 0 F NF 1999 2000 2001 Tipos de Liga No que respeita a valores, podemos ver no ano de 2001 que a produção em valor aumentou nos dois tipos de ligas. Contudo o aumento foi mais acentuado nas ligas não ferrosas.

11 Quadro 4 - Exportação (milhões de Euros) Exportação Milhões de Euros TIPOS DE LIGA 1999 2000 2001 Ferro Cinzento 28,90 26,80 19,60 Ferro Nodular 50,10 63,60 59,10 Aço 25,20 26,80 33,20 Total de Ferrosos 104,20 117,20 111,90 Total de N Ferrosos 65,10 76,70 86,00 Total F+NF 169,30 193,90 197,90 Gráfico 5 - Exportação de ferrosos e não ferrosos (milhões de Euros) Exportação Ferrosos e Não Ferrosos Milhões 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 FC FN Aço NF Tipos de Liga 1999 2000 2001 Neste ponto podemos afirmar que se tem verificado uma forte descida na exportação de ferro fundido cinzento e uma pequena quebra do ferro fundido nodular o que tem como consequência uma descida da exportação de ligas ferrosas, de uma forma geral. Porém, a exportação do aço tem vindo a crescer. Quanto às ligas não ferrosas, a exportação tem sido crescente, aumentando na ordem dos 10 milhões de Euros por ano. De acordo com Ferreira (1999), os processos de fundição podem ser classificados de acordo com o carácter de permanência ou de perecibilidade dos respectivos moldes/modelos 4 e moldações. Surgem assim três tipos de fundição distintos: Processos com moldação perdida e modelo permanente; Processos com moldação e modelo perdidos; Processos com moldação permanente. No primeiro destes três tipos são utilizadas moldações de areia ou de outros materiais refractários (cerâmica ou gesso) que se abrem (normalmente em duas partes, divididas por um plano de apartação) permitindo que o molde seja retirado do seu interior (cavidade) antes de nele ser vazado o metal líquido 5. Assim, dependendo das 4 Ver capítulo Glossário no final do relatório. 5 Na realidade, estas moldações são normalmente elaboradas por partes (normalmente em metades ou, mais especificamente, na meia-moldação superior e na meia-moldação inferior), as quais são

12 características mecânicas do material em que o molde for feito (madeira, metal, etc.), este pode ser utilizado na obtenção de um número muito elevado de peças. Quanto à moldação, ela só serve para a obtenção de uma única peça, uma vez que, depois de nela ter sido vazado o metal líquido, tem de ser destruída para dela se poder retirar a peça fundida. O segundo tipo de processos de fundição distingue-se deste último pelo facto de a moldação ser construída envolvendo o molde e não podendo ser aberta para de lá o retirar. Desta forma, o molde tem de ser destruído por forma a libertar a cavidade onde será posteriormente vertido o metal líquido. A forma de destruição do molde (normalmente construído em cera ou em poliestireno expandido) pode ser por liquefação ou por sublimação, em ambos os casos como resultado de um aquecimento. Para extrair a peça fundida (depois de solidificada) da moldação, torna-se necessário destruí-la consequência da forma como ela é construída. Os processos de fundição com moldação permanente distinguem-se portanto dos demais pelo facto de cada moldação permitir a obtenção de um número elevado de peças 6. Claro está que o material em que a moldação é feito deve ter características mecânicas apropriadas, e principalmente uma elevada resistência ao desgaste. Normalmente as moldações permanentes são construídas em metal, podendo em alguns casos ser construídas em materiais cerâmicos, mormente em grafite 7. O facto de a moldação ser permanente implica que estes processos se diferenciam em muito dos demais, conforme se verá nos capítulos subsequentes. O aspecto diferenciador mais óbvio é o facto de ter de ser possível, em qualquer caso, e pela própria definição destes processos, retirar a peça fundida do interior da moldação sem a danificar. Nos processos de fundição com moldação permanente as moldações são construídas sem o recurso a qualquer molde 8, pelo que não se coloca a questão de saber se este é ou não permanente. Moldações permanentes são, assim, todas aquelas que permitem a obtenção de várias peças sem que as suas características ou forma sejam significativamente alteradas. Embora esta definição compreenda todas as moldações metálicas, ela estende-se igualmente às moldações de grafite e de outros materiais que se abrem para permitir a retirada da peça fundida sem se danificarem. Dada a abrangência deste conceito, é apenas natural a existência de uma grande diversidade de técnicas de fundição que nele se enquadram 9, as quais analisaremos sucintamente no capítulo 2. posteriormente unidas para dar forma à moldação propriamente dita. Desta forma, o molde nunca chega a estar dentro da moldação. 6 Segundo Ferreira (1999), uma moldação metálica pode ser utilizada para a obtenção de até um milhão de peças. 7 Bibliografia nº8, página 83. 8 Bibliografia nº10. 9 Essa diversidade é, aliás, sempre crescente, à medida que novas técnicas vão sendo desenvolvidas.

13 1.2. Evolução histórica dos processos de vazamento em moldações permanentes Conforme foi referido no capítulo anterior, a tecnologia da fundição sofreu (desde o seu surgimento vários milénios antes do nascimento de Cristo) e continua a sofrer grandes desenvolvimentos, quer ao nível dos processos, quer no respeitante às características das ligas utilizadas, quer relativamente aos processos de moldação propriamente ditos (ver Quadro 5). Quadro 5 - Evolução cronológica das ligas e dos processos utilizados na fundição Metais / Ligas Ano Processo Cobre, Estanho, Bronze, Ouro, Prata 3000 A.C. Ferro fundido (Ásia) 2000 A.C. 1000 A.C. 500 A.C. Moldação por cera perdida Ferro fundido (Europa) 1200 A.D. 1500 Aço 1740 Zinco 1826 Alumínio 1886 Aço inoxidável 1913 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 Compósitos Al-SiC 1990 Fonte: Bibliografia nº3. Moldação em areia Fundição injectada Shell moulding e Moldação cerâmica Modelo perdido de poliestireno ( lost foam ) Processo V (moldação em vácuo) Replicast 10 10 Ver capítulo Glossário no final do relatório.

14 No que diz respeito aos processos de fundição em moldações permanentes, mais especificamente, as primeiras moldações utilizadas, tanto quanto sabemos, foram moldações em pedra, nas quais se produziam ferramentas e armas de bronze, por volta do ano 3000 a.c 11 (ver Imagem 1). Inicialmente as moldações eram monolíticas e abertas no topo, de tal forma que as peças obtidas eram planas numa das faces e tinham de ser forjadas até à sua configuração final. Só mais tarde começaram a ser utilizadas moldações constituídas por duas partes que permitiam obter peças com configurações próximas das desejadas. As moldações permanentes metálicas começaram a ser utilizadas antes do ano 1000 a.c. 12 Imagem 1 - Machados de talão pré-históricos e actuais Fontes: Bibliografia nº7, página 1 e Sítio de Internet nº1, respectivamente. Em 1439 Johann Gutenberg inventou um processo para fundir os caracteres necessários à impressão de documentos em série utilizando, para cada letra, matrizes de cobre que eram inseridas nas moldações, as quais eram então cheias com uma liga de chumbo. Em 1822 William Church introduziu uma máquina capaz de produzir 20.000 caracteres por dia. Até ao início do século XX a imprensa era a indústria que mais utilizava as moldações permanentes, tendo sido então substituída pela indústria automóvel. Em 1905 Herman H. Doehler patenteou uma das primeiras máquinas de injecção em moldações permanentes (ver Imagem 2). 11 Bibliografia nº8, página 83. 12 Bibliografia nº7, página 1.

15 Imagem 2 - Máquina de injecção de Doehler Fonte: Bibliografia nº7, página 3. Segundo Kaye (1982), a máquina funcionava do seguinte modo: Um cilindro montado no cadinho era submergido no metal liquefeito; um êmbolo era movido lateralmente neste cilindro, accionado por uma alavanca. O metal fundido preenchia o cilindro através de uma abertura. Quando a alavanca era accionada, o êmbolo movia-se para diante, fechando a abertura de enchimento e forçando o metal para cima. As duas meias-moldações eram montadas em placas e depois abertas e fechadas usando uma alvanca de fechamento da moldação, frequentemente exigindo o esforço de dois homens. Após o fechamento da moldação, esta e a estrutura de suporte eram viradas manualmente para uma posição por cima do metal, ficando em contacto com o bocal de enchimento. O accionamento da alavanca que força a entrada do metal liquefeito na cavidade da moldação podia frequentemente ser feito por um homem forte, mas peças grandes e complicadas exigiam o esforço de dois operadores. A retracção da alavanca destapava um orifício de alimentação de metal no cilindro de injecção para permitir, por acção da gravidade, o enchimento da próxima peça. Após a injecção e solidificação do metal, toda a moldação e respectiva estrutura eram colocadas numa posição horizontal antes de se proceder à abertura das meiasmoldações. Depois a peça era retirada através de hastes cilíndricas precursoras dos pinos de ejecção. Conforme fica claro da descrição anterior, a operação destas primeiras máquinas de fundição injectada requeria um grande esforço manual. Os melhoramentos subsequentes vizariam, naturalmente, a automatização do processo com a substituição do trabalho manual por outras fontes de energia: Em 1907, van Wagner introduziu uma máquina na qual a injecção do metal era conseguida com o auxílio de ar comprimido; Em 1914, Doehler aperfeiçoou a sua máquina adicionando-lhe o auxílio do ar comprimido e dispensando a necessidade de rodar a moldação 90º, para a posição vertical, por forma a ficar em contacto com o bocal de enchimento 13 ; 13 Esta máquina aperfeiçoada de Doehler permitia a fundição de ligas de alumínio. Segundo o próprio Doehler, o processo estava suficientemente desenvolvido para que durante a Primeira Guerra Mundial fossem produzidos componentes de metralhadoras, de máscaras de gás e de binóculos.

16 Entre 1926 e 1928, a Madison Kipp Corporation dos EUA desenvolveu uma máquina completamente automatizada, accionada por um motor, o qual, por meio de sistemas de biela-manivela, engrenagens e ar comprimido permitia o fechamento do moldação, a injecção da liga metálica, a abertura da moldação e a ejecção do fundido. Imagem 3 - Uma das primeiras máquinas de injecção de câmara quente automatizadas Fonte: Bibliografia nº7, página 4. Por essa altura as ligas de alumínio tinham começado a ser utilizadas em maior escala. O problema posto por estas ligas eram o seu ponto de fusão mais elevado. Com o ojectivo de aumentar a fluidez das ligas metálicas e baixar o seu ponto de fusão (e logo a temperatura operacional das moldações), o zinco utilizado nas ligas de zincoalumínio-cobre continha ainda quantidades apreciáveis de chumbo e estanho. No entanto, conforme já tinha sido notado, a adição destes metais comprometia em muito as características mecânicas das peças fundidas obtidas. A prática de adicionar estanho ou chumbo para aumentar a fluidez era uma maneira fácil mas perigosa de facilitar a produção e não cessou até se saber com toda a certeza que as ligas de zinco-alumínio, com ou sem cobre, têm de ser baseadas em zinco super-puro, livre de impurezas prejudiciais 14. Outro problema colocado à fundição injectada pela utilização de ligas de ponto de fusão mais elevado, como o alumínio, era o facto de estas ligas atacarem o aço e o ferro fundido de que eram constituídos os componentes da câmara quente (os quais estavam em contacto permanente com o metal liquefeito). Com o objectivo de obviar a este problema, Carl Roehri inventou em 1920 a câmara fria. Segundo este processo de alimentação, a liga metálica era fundida separadamente e fornecida apenas na quantidade e no momento necessários a cada injecção individual. Entretanto, pelo início do século XX, uma patente tinha sido atribuída ao método de fundição em moldações permanentes por vazamento sob baixa pressão, desenvolvido por E. H. Lake em Inglaterra. O processo foi pouco utilizado até à Segunda Guerra Mundial, quando serviu para a produção de componentes de motores de aviões. Em 14 Bibliografia nº7, página 5.

17 1945 ele foi utilizado para a produção de utensílios de cozinha em alumínio. Melhoramentos do processo (com o consequente registo de patente) foram introduzidos em 1946, tornando-o similar ao que hoje é utilizado. Embora a partir dessa data o seu uso tenha crescido significativamente, este processo não estava ainda universalmente difundido, como se pode atestar através do seguinte relato: Em 1956, uma divisão da General Electric Company, procurando melhorar os seus rotores, desenvolveu independentemente o seu próprio processo de vazamento sob baixa pressão. Foi só quando o pedido de patente foi efectuado que descobriram a existência prévia de tal processo 15. De então para cá, muitos melhoramentos têm sido introduzidos nos processos de fundição em moldações permanentes por vazamento sob pressão: automatização do processo de alimentação, introdução de sistemas hiráulicos a óleo, injecção faseada, melhoramento das ligas metálicas utilizadas, etc. Tais melhoramentos permitiram aumentar a qualidade das peças fundidas e a capacidade e a eficiência deste processo produtivo. No entanto, os seus princípios básicos continuam ainda hoje a ser os mesmos. Imagem 4 - Máquina actual de injecção de alumínio e latão de câmara fria Fonte: Sítio de Internet nº4. 15 Bibliografia nº8, página 103.

18 2.1. Aspectos comuns dos processos de vazamento em moldações permanentes Quando se pretende obter grandes séries de peças, com bom acabamento superficial e grande rigor dimensional, o vazamento em moldes de areia não é satisfatório 16. Adoptam-se então processos de vazamento mais adequados, vazando o metal fundido em moldações permanentes (normalmente metálicas) 17. Conforme foi visto no ponto 1.2, as moldações permanentes distinguem-se das demais pelo facto de permitirem a obtenção de dezenas ou centenas de milhar de peças sem necessitarem de substituição. Esta particularidade, que não se verifica nos restantes processos de fundição, pode eventualmente transformar-se num problema. Este surge na fase de projecto da moldação e reflecte-se na necessidade de retirar a peça, depois de solidificada, do interior da moldação, sem provocar danos quer nesta, quer nos próprios fundidos. Esta necessidade conduz, frequentemente, à concepção de moldações constituídas por várias peças, com mais do que uma superfície de apartação, e com sistemas de extracção das peças, mais ou menos complexos, dependendo do grau de automatização dos equipamentos de manuseamento das moldações que forem utilizados 18. Também a temperatura da coquilha 19 é importante para as características dos respectivos fundidos: temperaturas de coquilha demasiado elevadas conduzem, entre outros, a fracas propriedades mecânicas das peças, como consequência de uma deficiente estrutura metalográfica, que por sua vez é consequência de uma velocidade de arrefecimento muito baixa; por outro lado, temperaturas de coquilha demasiado baixas conduzem a má formação geométrica dos fundidos, podendo ainda provocar defeitos de solidificação - rechupes - por ineficiência do sistema de alimentação utilizado 20. Na maioria dos casos, a rectificação da temperatura "ideal" da coquilha apenas é necessária no início do período de trabalho. Neste caso, o aquecimento é efectuado através de um simples queimador de chama directa ou, preferencialmente, por introdução da coquilha num forno eléctrico, antes de se iniciar o ciclo de produção. 16 Ver a este respeito o capítulo 3. 17 Bibliografia nº11. 18 Bibliografia nº14. 19 Ver capítulo Glossário no final do relatório. 20 Bibliografia nº17.

19 Em ritmo de trabalho normal a temperatura das moldações atinge rapidamente os 300 ou 400 graus Celsius. No sentido de evitar que a temperatura ultrapasse este limiar, torna-se necessário prever, na fase de projecto e construção da moldação, um conjunto de canais interiores, interligados ou independentes, destinados à circulação forçada de água ou qualquer outro fluído de refrigeração. Para além disso, aquando do seu funcionamento, a coquilha deve ser periodicamente pintada com tinta refractária. Os processos que utilizam moldação metálica são basicamente quatro, existindo algumas variantes dentro de cada processo, diferindo entre si na forma como é efectuado o vazamento do metal 21 : Moldação permanente com vazamento por gravidade ("Coquilha por gravidade"); Moldação permanente com vazamento sob pressão ("Fundição injectada"); Moldação permanente com vazamento por forças de centrifugação; Moldação permanente com vazamento no estado semi-líquido ("Squeeze Casting"). 2.1.1. Características gerais das moldações As moldações devem obedecer a uma única propriedade fundamental, que é a seguinte: "A moldação (meias moldações e machos) deve assegurar a forma, o volume, o acabamento superficial e qualidade geral desejados para a peça a obter 22 Para que tal seja possível, a moldação deve possuir um conjunto de requisitos, que poderemos dividir em três grupos 23 : a) Requisitos de índole técnica a moldação deverá garantir o total enchimento da cavidade, pelo que deverá estar provida de canais de enchimento em número, localização e forma adequada para esse fim; a moldação deve garantir a compensação da contracção do metal durante o processo de arrefecimento / solidificação, pelo que deverá estar provida de alimentadores e respectivos canais de ligação à peça em número, forma e localização adequados. b) Requisitos de resistência da moldação 21 Bibliografia nº14. 22 Bibliografia nº14. 23 Cfr. Bibliografia nº14. a moldação deve possuir a resistência mecânica necessária para suportar o manuseamento, desde a sua execução até ao vazamento do metal; para isso, deve ser capaz de suportar quer o seu próprio peso quer eventuais choques; a moldação deve ter a resistência necessária para para suportar o vazamento e a contenção do metal até uma fase adiantada de