Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Como se produz uma peça metálica por fundição? Fundição por Cera Perdida. Fusão e vazamento de uma peça em estanho. Projeto FEUP: LCEEMG e MIEMM; 2014/2015 Armando Sousa e Manuel Firmino; Alexandre Leite e Sónia Simões Supervisor: Filomena Viana Monitor: Tatiana Padrão Equipa 2: Ana Azevedo Inês Matos Luís João Barbosa João Moreira Simão Silva
Resumo Este trabalho foi realizado no âmbito da unidade curricular Projeto FEUP. Queremos dar a conhecer as propriedades e aplicações do estanho e o processo de obtenção de um metal por fundição, incidindo mais sobre o processo de fundição por cera perdida apresentando as vantagens e desvantagens do mesmo. Todo este trabalhado é o resultado de uma pesquisa em livros, teses, na internet e também do trabalho prático realizado. Palavras-Chave Estanho; Metal; Fundição; Cera Perdida. 1
Agradecimentos A equipa 2 do Projeto FEUP 2014/2015 da Licenciatura em Engenharia de Minas e Geoambiente e do Mestrado Integrado em Engenharia Metalúrgica e de Materiais agradece especialmente à monitora Tatiana Padrão, à Professora Filomena Viana e ao senhor Ramiro por todo o apoio prestado ao longo da realização do trabalho. Agradecemos também a todos os docentes envolvidos no projeto e na semana de receção aos alunos pois nas palestras conseguimos adquirir competências que nos ajudaram a uma realização mais apropriada e facilitada do nosso trabalho. 2
Índice Introdução 4 Enquadramento Teórico 5 Aplicações do processo 6 Etapas do processo 7 Estanho: propriedades e aplicações 8 Trabalho prático: Fundição e vazamento do estanho 10 Conclusão 12 Bibliografia 13 3
Introdução A fundição é um processo bastante antigo que, principalmente depois da revolução industrial, tem sofrido imensas alterações tornando a fundição um processo mais sofisticado e aperfeiçoado. Tem dado um grande contributo para que o avanço tecnológico a que temos assistido seja ainda maior. O processo consiste essencialmente num conjunto de etapas necessárias à fusão de materiais, metais ou ligas para que estes possam ser vazados para moldes (com a forma que se pretende produzir) e sofrerem solidificação dentro do molde. 4
Enquadramento Teórico A fundição por cera perdida, também conhecida como fundição de precisão, é um processo utilizado para reproduzir objetos, em que o metal é subtido a temperaturas elevadas (de forma a fundir o metal), e quando este se encontrar liquefeito, é vazado para o molde que representa o objeto que se pretende reproduzir. Este processo permite assim reproduzir um objeto com as mesmas dimensões, formato e detalhes da peça que se pretende reproduzir. Apesar de ser frequente a necessidade de aperfeiçoar as réplicas após serem reproduzidas (seja para ajustar as dimensões, ou adicionar pormenores, por exemplo), este processo tem a vantagem de, caso se pretenda, produzir em série. Normalmente, quando se pretende reproduzir objetos para comércio, opta-se pelo processo de fabrico por fundição já que, a partir de um ou vários moldes, é possível obter uma produção em série. (heartjóia) A fundição por cera perdida consiste na liquefação de um material ou liga submetido a altas temperaturas que posteriormente é vazado para um molde com o mesmo formato do objeto a reproduzir. Depois da solidificação do material, o objeto resultante terá as mesmas dimensões e formato do inicial [1]. O processo de fundição por cera perdida caracteriza-se por (Zollern) [2]: Liberdade de conceção quase ilimitada das peças fundidas Praticamente sem restrições em termos de materiais Elevado grau de precisão das dimensões devido à eliminação da linha de partição dos moldes que conduz muitas vezes a imprecisões Possibilidade de contornos internos de formas complexas pelo uso de núcleos de cerâmica Acréscimo mínimo de material nas superfícies a trabalhar Elevada qualidade das superfícies 5
Aplicações do Processo Fundição por cera perdida é um processo muito eficaz no fabrico de jóias. Este método torna as jóias mais baratas e economicamente mais acessíveis ao público em geral. Este processo de fundição de precisão permite a reprodução de qualquer peça, modelando um protótipo e reproduzindo-o originalmente em cera, para depois poder ser reproduzido em metal através do processo de fundição. Este método é usado ainda hoje para a produção de peças de diversos ramos da indústria, restaurações dentárias, joias e esculturas, etc. (heartjóia) [3]. Permite a produção de peças com geometrias muito complexas. Permite um elevado grau de acabamento superficial, podendo eliminar alguns processos de acabamento das peças. Comparando com outros processos convencionais, o seu custo é bastante reduzido [4]. 6
Etapas do Processo O processo de fundição por cera perdida está dividido em várias etapas: 1. Escolher a peça que queremos reproduzir; 2. Envolver a peça numa espécie de plasticina muito resistente, de modo a que a peça não seja danificada; 3. Criam-se os canais de vazamento por onde se vai vazar o metal e por onde vão sair também os gases, de modo a evitar que a peça fique com bolhas ou espaços não preenchidos. Cria-se a parede de apartação, usando a plasticina; 4. Com gesso faz-se um contra molde; 5. Divide-se pela parede de apartação o contramolde de modo a deixar a peça liberta; 6. Retira-se a plasticina da peça e coloca-se dentro do contramolde. Enche-se de silicone líquido; 7. Com o silicone já solidificado, retira-se o contramolde; 8. Vazar a cera líquida para o molde e deixar solidificar; 9. Fixar as peças feitas de cera a uma coluna para que a produção seja rentabilizada (a coluna tem canais de vazamento que podem conduzir o metal liquido ao molde; 10. Imergir a coluna com as peças numa suspensão de cerâmica, cobrindo-a depois com várias camadas de pó feitas do mesmo material, de modo a dar rigidez a carapaça exterior; 11. Levar ao forno a peça para que a cera funda e a cerâmica sinterize; 12. Fundir o metal e vazá-lo; 13. Após a solidificação, quebrar a carapaça exterior e separar as peças; 14. Acabar a peça à mão retirando as imperfeições. 7
Figura 1: Etapas do processo de fundição por cera perdida [Figura 1]. 8
Estanho: Propriedades e Aplicações O estanho obtém-se a partir do mineral cassiterite (ou dióxido de estanho - SnO2). A cassiterite é um mineral de dureza entre 6 e 7 segundo a escala de Mohs e é extraída principalmente de jazigos minerais e depósitos aluviais. A temperatura de fusão do estanho é baixa quando comparada com outros metais e este metal oferece a vantagem de não corroer pela água, mas em contacto com bases e ácidos fortes é um pouco deteriorado. Também tende a oxidar [5]. Símbolo Químico Sn Número Atómico 50 Densidade Relativa 7,28 Ponto de Ebulição 2270ºC Ponto de Fusão 232ºC Tabela1: Propriedades do estanho Por norma o estanho não é usado na sua constituição pura, é adicionado a uma liga (pode ser o elemento principal). Uma liga consiste na agregação de um ou mais elementos químicos, tendo que um dos elementos constituintes da liga tem que ser um metal e que todas as fases existentes devem ter propriedades metálicas. (Fabio Domingos Pannoni) [1]. As principais ligas utilizadas são a de Pewter (estanho, cobre, chumbo e antimónio), bronze (cobre e estanho) e solda (é adicionado o chumbo). A junção do estanho a ligas metálicas serve para mudar algumas das suas características para o melhorar para uma determinada aplicação. Muitas peças em estanho servem apenas para ornamentar. Porém existem outras aplicações. Embalagens de atum ou outras comidas enlatadas têm o seu revestimento muitas vezes constituído por lâminas de aço estanhadas porque os alimentos não são contaminados por estas lâminas. Pode ainda ser aplicado em material para soldadura, constituído por ligas solda e usado como componente de inseticidas. 9
Figura 2: Lata com estanho na sua composição [Figura 2]. 10
Trabalho Prático: Fusão e vazamento do estanho Devido à complexidade e ao tempo que teria de ser despendido para recriarmos uma peça pelo processo de fusão por cera perdida, o trabalho prático que nos foi atribuído foi a fusão e vazamento de uma peça em estanho. 1. Cortar o lingote de estanho em várias porções mais pequenas (facilitando a sua fundição). 2. Colocar os pedaços de estanho no cadinho de grafite (Figura 1), que se encontra no forno. Figura 3: Colocação dos pedaços de estanho no cadinho de grafite 3. Esperar que o estanho funda completamente (Figura2). Figura 4: Fusão do estanho 11
4. Medir a temperatura do estanho com o termopar antes de o vazar. (310 ºC) Figura 5: Registo da temperatura (310º) 5. Vazar o estanho fundido para o molde de silicone, e o restante para a lingoteira. 6. Aguardar para que o estanho solidifique no interior do molde. 7. Abrir o molde (Figura 3) 8. Cortar o Sistema de alimentação. 9. Retirar a peça (Figura 4). Figura 6: Molde com a peça solidificada Figura 7: Peça final 12
Conclusão Este trabalho, realizado no âmbito da Unidade Curricular Projeto FEUP, permitiu que fossem adquiridas aprendizagens sobre a técnica de fundição por cera perdida, e deste modo, perceber quais as etapas e vantagens deste processo. Através de um trabalho prático que consistia na fundição e vazamento do estanho (pois a técnica de fundição por cera perdida bastante mais complexa), pode perceberse como funcionam os processos de fusão e vazamento de materiais. 13
Bibliografia [1]: FEIO, Ana Leonor; SILVA, Bruno; FERREIRA, José; PEREIRA, Pedro; MENDES, Roberto; SANTOS, Tiago (2012). Como se produz uma peça metálica por fundição?. Obtido de http://paginas.fe.up.pt/~projfeup/bestof/12_13/files/rel_1lceemg01_01.pdf. Acedido em 02/10/2014. [2]: ZOLLERN (20140). Fundição por cera perdida: dar forma ao mundo. Obtido de http://www.zollern.de/br/casting-forging/fundicao-por-cera-perdida.html. Acedido em: 02/10/2014. [3]: HEARTJOIA (2014). Fundição por cera perdida ou microfusão. Obtido de http://heartjoia.com/4485-fundicao-cera-perdida-microfundicao-ouro-prata. Acedido em: 02/10/2014. [4]: GIULIANO, José. Os processos de fundição como ferramenta na obtenção de esculturas em metal. (2008). Obtido de: http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/14297. Acedido em: 02/10/2014. [5]: RODRIGUES, Sandro Miguel Martins Braga. Desenvolvimento de novos Produtos em Estanho. (2009). Obtido de: http://paginas.fe.up.pt/~em01057/exemplo%20relat%c3%b3rio.pdf. Acedido em: 02/10/2014. [Figura 1]: http://heartjoia.com/4485-fundicao-cera-perdida-microfundicao-ouroprata, Imagens: [Figura 2]: http://pt.dreamstime.com/foto-de-stock-estanho-do-enlatadoimage6612590. 14