PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE FUNDIÇÃO POR CENTRIFUGAÇÃO ENGº ARNALDO F. BRAGA JR. São Paulo, 26 Agosto 2008
AGENDA Introdução Histórico Definição Tipos de materiais usados no processo de centrifugação Tipos de centrifugação Tipos de máquinas Princípio teórico Tipos de moldes Aplicações industriais Comparação entre processos de fundição Fluxograma do projeto Filme do processo (Máquina de produção MMCofap)
INTRODUÇÃO O processo de fabricação por fundição pode ser classificado pela natureza das forças aplicadas ao metal líquido: - 1. Gravidade Força Peso; - 2. Centrifugação Força Centrífuga; - 3. Sob pressão Força/Área; - 4. Tixotrópica Força/Área + Movimento + Aquecimento
HISTÓRICO 1 Histórico: O processo de centrifugação foi empregado inicialmente para a produção de canos, cujo o consumo sempre obrigou a buscar máquinas de maior rendimento e de melhor qualidade. Por isso seria interessante mostrar a evolução e o histórico da fabricação de canos, principalmente para conduzir e distribuir água. Vejamos esta evolução nos slides a seguir.
HISTÓRICO
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HISTÓRICO Processo De Lavaud inventado pelos brasileiros Fernando Arens e Dmitri De Lavaud em 1914.
HISTÓRICO Processo De Lavaud
DEFINIÇÃO Centrifugação É um processo de fundição em que o metal é vazado em um molde que está em movimento circular uniforme (M.C.U.). Durante este vazamento, é aplicada uma força centrífuga que mantém o metal na parede do molde. Pode ser classificado em três grupos, dependendo da posição do eixo: - Horizontal; - Vertical; - Inclinada. Outra classificação é quanto ao sentido de solidificação do metal dentro do molde: - Verdadeira Centrífuga; - Semi-Centrífuga; - Centrífuga de pressão.
TIPOS DE MATERIAIS UTILIZADOS NA CENTRIFUGAÇÃO Os materiais mais comuns que são empregados em escala industrial no processo de centrifugação são: 1. Metálicos; 2. Vidros; 3. Concretos
TIPOS DE CENTRIFUGAÇÃO UTILIZADOS Podemos classificar os tipos de centrifugação, em relação ao eixo de rotação como: 1. Vertical; 2. Horizontal; 3. Inclinada
TIPOS DE CENTRIFUGAÇÃO VERTICAL HORIZONTAL
TIPOS DE SOLIDIFICAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO Temos três métodos a saber: 1.Método I: Verdadeira Centrífuga; 2.Método II: Semi-Centrífuga; 3.Método III: Centrífuga de pressão. Método I Verdadeira Centrífuga É onde a solidificação se dá numa direção só, que é existente em peças cilíndricas. Veja figura abaixo:
TIPOS DE SOLIDIFICAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO Método II Semi-Centrífuga É quando ocorre a solidificação em todas as direções. Conforme figura abaixo:
TIPOS DE SOLIDIFICAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO Método III Centrífuga de pressão O sentido de solidificação deste método é próximo ao do método II, onde não é necessário promover uma solidificação direcional ideal, porém o eixo da peça está fora do eixo de rotação. Vide figura abaixo:
TIPOS DE MÁQUINAS HORIZONTAL semelhante à máquina de centrifugar do laboratório de Fundição do Mackenzie.
TIPOS DE MÁQUINAS VERTICAL
PRINCÍPIO TEÓRICO
PRINCÍPIO TEÓRICO F peso m. g F m. centrífuga a centr v 2.. r. N G 2.. N 60 ar g N Onde: k. G D F = força; m = massa; g = aceleração da gravidade; a centr = aceleração centrífuga; v = velocidade; N = rotação; ω = velocidade angular; a r = aceleração radial; G = relação das acelerações. k = constante que depende das unidades físicas empregadas D = diâmetro do tubo
CÁLCULO DA ROTAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO TIPO VERTICAL EM FUNÇÃO DA GEOMETRIA L = Comprimento do tubo (cm) R = Raio do tubo (cm) g = Aceleração da gravidade (981 cm/s 2 )
CÁLCULO DA ROTAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO TIPO VERTICAL EM FUNÇÃO DA PRESSÃO p = Pressão (Kgf/cm 2 ) A = Área da secção transversal do tubo (cm 2 ) Pe = Peso específico (Kgf/cm 3 )
CÁLCULO DA ROTAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO TIPO INCLINADO EM FUNÇÃO DA GEOMETRIA α RELAÇÃO ENTRE Ni e Nv α PORTANTO: Ni < Nv L = Comprimento do tubo (cm) R = Raio do tubo (cm) g = Aceleração da gravidade (981 cm/s 2 )
CÁLCULO DA ROTAÇÃO DE CENTRIFUGAÇÃO TIPO HORIZONTAL EM FUNÇÃO DA PRESSÃO p = Pressão (Kgf/cm 2 ) A = Área da secção transversal do tubo (cm 2 ) Pe = Peso específico (Kgf/cm 3 )
Relação entre G, diâmetro do tubo e rotação
Cálculo da rotação para fundição vertical
TIPOS DE MOLDES Os moldes podem ser: Metálicos Não metálicos - Aço - Ferro Fundido - Cobre - Grafite - Areia - Borracha
TIPOS DE MOLDES AREIA
TIPOS DE MOLDES BORRACHA
TIPOS DE MOLDES METÁLICO Sem tinta Com tinta
APLICAÇÕES INDUSTRIAIS - Petróleo; - Gás natural; - Têxtil; - Madeira; - Papel; - Química; - Farmacêutica; - Mineração; - Automobilística; - Ferramentas; - Siderúrgica; - Alimentícia; - Bombas; - Aeronáutica; - Naval.
APLICAÇÕES INDUSTRIAIS Exemplo de aplicação Motores elétricos e mancais Algumas combinações Metal Externo Metal Interno Aço Cobre Cobre FoFo cinzento Aço Cu-Ni Aço Ni Aço inoxidável FoFo cinzento Ni-Hard FoFo cinzento
COMPARAÇÃO ENTRE PROCESSOS DE FUNDIÇÃO (a) 1 é menos poroso e 4 o mais poroso (b) Valores de referência para uma liga de Al (c) Os números para a produção e para custo do modelo são para peça de Al (US $) (d) Moldes metálicos
FLUXOGRAMA DO PROJETO Início De posse dos desenhos e das condição de Vendas 1 INFORMAÇÕES -Quantidade peças/fundido; -Tipo de metal; - Tolerâncias; - Superfície de trabalho; - Sobremetal. Análise das várias posições possíveis de Fundição do ponto de vista sanidade Cálculo das dimensões do fundido Planejar Experiência Fundir peças Fim -Qual grupo de moldagem; - Espessura da tinta; - Dimensões máx e mín; - Contração linear; - Diâmetro int/ext. Cálculo do ferramental e rotação 1
FILME - CENTRIFUGAÇÃO
BIBLIOGRAFIA Janco, Nathan; Centrifugal Casting AFS ; Waganoff, N. P.; Funidicion Centrifugada ; FORGING AND CASTING Metal Handbook 8ª.ed., vol. 5 ASM, 1976; DOYLE,L.E. - Processos de Fabricação e materiais para engenheiros,editora Edgard Bucher Ltda,1978; POLUKLIN,GRINBERG & outros- Metal Process Engineering. Peace Publishers, Moscou. CHERMAN, Alexandre; MENDONÇA, Bruno Rainho. Por que as coisas caem?. Rio de Janeiro: Jorge Zahar Editora, 2009.
Agradecimentos Obrigado pela atenção.