INTRODUÇÃO AOS PROCESSOS DE FABRICAÇÃO (Mar 2007) 1. Fabricação: uma das etapas da obtenção de um produto Ciclo de obtenção de um produto Pesquisa de Mercado Definição das necessidades Estudo de viabilidade Ante-projeto Análise, Modelo Analítico e Físico, Revisão das normas Produção de protótipo Testes Computer Aided Design (CAD) Desenhos de fabricação Manuais de instrução Especificação de Materiais, processos e equipamentos Computer Aided Manufacturing (CAM) Process Planing (CAPP) Produção piloto Produção Computer Integrated Manufacturing (CIM) Inspeção Controle de Qualidade Estratégias de distribuição e vendas Produto 1
2. Produto 2.1 Requisitos: forma tamanho precisão e tolerâncias aparência propriedades 2.2 Restrições econômicas (viabilidade) ecológicas (poluição, reciclagem) segurança em uso e na fabricação (amianto crisotila) 2.3 Outras características produto: várias peças automóvel: 15.000 peças boeing 747: 6.000.000 peças várias formas de obter mesmo produto (mesma funcionalidade, diferentes propriedades) Mesmo produto, diferentes meios (a.fundição, b.soldagem de blocos, c.montagem de placas) 2.4 Ciclo para fabricação de uma peça Ciclo de fabricação de uma peça Material Bruto Processos Primários (fundição, conformação inicial) Processos Secundários (usinagem, conformação, etc) Melhoria de propriedades (tratamento térmico, etc) Acabamentos (polimento, limpeza, etc) Peça Pronta 2
3. Classificação dos processos de fabricação Classificação dos Processos de Fabricação Fundição, moldagem Processamento de formas Conformação Usinagem Operações de Processamento Melhoria de propriedades Tratamento térmico Processamento de superfícies Limpeza Revestimentos Soldagem União permanente Brasagem Operações de União Colagem União mecânica Parafusos, Rebites Interferência 3
PROCESSOS DE FUNDIÇÃO 1. Características Gerais: processo primário (parte da matéria bruta metal líquido) peças já acabadas ou semi-acabadas permite obter peças de formas, tamanhos e materiais variados 2. Fenômenos na solidificação do metal cristalização Nucleação e crescimento de grãos cristalinos crescimento orientado pode fragilizar as diagonais: arredondar cantos Efeito do crescimento ordenado de grãos cristalinos contração de volume (líquida/solidificação/sólida) contração ocasiona: vazio de chupagem trincas a quente tensões residuais 4
utilizar massalote (cabeça-quente) ou alimentador e geometrias convenientes concentração de impurezas (fósforo, enxofre, manganês, silício e carbono). Não é crítico porque acúmulo ocorre em regiões centrais (geralmente de baixas tensões) desprendimento de gases CO e CO2: forma bolhas na peça (controlar composição química mais rigorosamente, se necessário) 3. Etapas do processo de fundição desenho da peça projeto do modelo confecção do modelo (modelagem) confecção do molde (moldagem) fusão do metal vazamento no molde limpeza e rebarbação controle de qualidade 4. Projeto do Modelo mateirais: madeira, alumínio (produção seriada) evitar cantos vivos 5
considerar espessura mínima das paredes aprox. 3mm em fundição em areia/molde metálico aprox. 1mm em fundição sob pressão evitar fissuras de contração prever conicidade/ ângulo de saída de 3 graus considerar contração do metal eliminar rebaixos deixar sobre-metal para posterior usinagem verificar divisão do modelo estudar localização dos machos prever colocação de canais de vazamento 6
5. Molde Distingue os processos de fundição em molde de areia ou temporário, por gravidade (areia verde, areia-seca, areia-cimento) em molde metálico ou permanente (por gravidade, sob pressão) por centrifugação de precisão (de cera perdida, em casca) 5.1 Moldagem em areia caixa de moldagem (metálica) dividida em duas partes (superior e inferior), preenchida com areia de fundição areia de fundição: areia, argila, carvão moído, serragem, aglomerantes (breu), água Fundição em areia molde deve ser quebrado para retirada da peça (areia pode ser peneirada e reaproveitada) 7
Fundição em areia, utilização de macho areia pode ser compactada por máquinas 8
tipo de areia limita acabamento areia verde: pior acabamento (mais barata) areia-seca, areia-cimento: melhor acabamento moldagem plena: utiliza modelos de espuma de poliestireno. Não é necessário retirar o modelo (se vaporiza na vazão do metal) vantagens: não são necessários ângulos de saída ou cantos arredondados desvantagem: geração de gases pode piorar acabamento superficial 5.2 Moldagem em casca ( shell molding ) mistura de areia e resina forma casca sobre modelo metálico dando origem ao molde depois de obtida a forma geométrica, conforme o modelo, deve ser feita a cura do molde 9
melhor acabamento que moldagem em areia maiores custos mais indicado para peças pequenas e complexas 5.3 Moldagem em molde metálico vantagens: melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais e propriedades mecânicas desvantagens: maiores custos (viável para produção seriada), metais para peça devem ter ponto de fusão menor que metal dos moldes 5.3.1 Moldes permanente lingoteiras 10
moldes mistos Molde Misto (cilindro de laminação) 5.3.2 Fundição sob pressão Metal líquido é bombeado para o interior de uma matriz (molde) Vantagens: permite espessuras de paredes da peça mais finas e mais complexas alta capacidade de produção peças praticamente acabadas Desvantagens: altos custos apenas peças de pequenas dimensões (normalmente até 5Kg, máximo 25Kg) apenas para ligas de baixo ponto de fusão (zinco, alumínio, cobre, bronze, etc) 5.4 Fundição por centrifugação molde possui movimento de rotação mais eficiente que ação exclusiva da gravidade, porém mais caro permite obtenção de tubos sem costura 11
Fundição por centrifugação Fundição por centrifugação, tubos sem costura 5.5 Fundição de cera perdida Molde de pasta refratária, modelo de cera (são utilizados dois moldes, um para obtenção do modelo e outro para obtenção da peça) Vantagens: possibilidade de produção em massa de peças complexas permite cantos vivos utilização de qualquer metal ou liga peças praticamente acabadas Desvantagens: altos custos limitação a peças pequenas (5 Kg) Fundição de precisão, processo de cera perdida 12
5.6 Fundição contínua Vazamento do metal líquido em matriz prismática vazada Pode-se produzir placas de aço com aproximadamente 2m de largura e 0,2m de espessura 13
6. Tabela de comparação dos processos de fundição REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, 1986 - Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4 th ed, Addison Wesley, 2000 - Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, 1996 14