PROCESSOS DE FUNDIÇÃO 1. Princípio dos processos de fundição Moldagem de ligas metálicas no estado líquido. 2. Exemplos de produtos obtidos lingotes; tarugos; bases de máquinas; carcaças de máquinas; blocos de motores; rodas e polias; estátuas 3. Características Gerais processo primário (parte da matéria prima bruta): produz lingotes e tarugos processo secundário: produz peças já acabadas ou semi-acabadas muito flexível: formas variadas; tamanhos variando de quilogramas a toneladas; materiais ferrosos (aços, ferros-fundidos) e não-ferrosos (alumínio, cobre, zinco, magnésio, estanho, chumbo) normalmente é necessário posterior acabamento e obtenção de detalhes por usinagem 4. Fenômenos na solidificação do metal cristalização Nucleação e crescimento de grãos cristalinos crescimento orientado pode fragilizar as diagonais (solução: arredondar cantos) Efeito do crescimento ordenado de grãos cristalinos 2009A Fundição 1
contração de volume (líquida/solidificação/sólida), que pode ocasionar: rechupe ou vazio de chupagem trincas a quente tensões residuais 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) Perguntas: 1. Os processos de fundição se classificam como processos primários ou secundários de fabricação? 2009A Fundição 2
2. O que é o rechupe? 3. Em qual região das peças fundidas há maior probabilidade de acúmulo de impurezas? Essas regiões são críticas? 5. Etapas do processo de fundição desenho da peça projeto do modelo confecção do modelo (modelagem) confecção do molde (moldagem) confecção de machos (permitem a obtenção de furos) fusão do metal vazamento no molde limpeza e rebarbação controle de qualidade 6. Projeto do Modelo materiais: madeira, alumínio, aço (moldagem em casca), cera (moldagem por cera perdida), isopor (moldagem plena); evitar cantos vivos utilizar massalote (cabeça-quente) ou alimentador e geometrias convenientes 2009A Fundição 3
considerar contração do metal evitar fissuras de contração; prever diminuição do tamanho da peça em relação ao modelo deixar sobre-metal para posterior usinagem considerar espessura mínima das paredes da peça a ser obtida (dependente da fluidez do metal fundido): aproximadamente 3mm em fundição em areia/molde metálico aproximadamente 1mm em fundição sob pressão prever conicidade/ ângulo de saída de 3 graus eliminar rebaixos verificar divisão do modelo prever colocação de canais de vazamento estudar localização dos machos 2009A Fundição 4
Perguntas: 4. Por que as peças obtidas por processos de fundição não podem ter cantos vivos? 5. Como o rechupe pode ser evitado ou controlado? 6. Por quais motivos deve-se fazer o modelo ou o molde de dimensões maiores que as dimensões da peça final quando são utilizados processos de fundição? 7. O que acontece se as paredes do molde forem muito estreitas (menores que 1 mm, por exemplo)? 8. O deve ser feito em relação à geometria do modelo para facilitar sua retirada de dentro do molde? 9. Para que servem os machos em processos de fundição? 7. Molde O tipos de moldes distinguem os processos de fundição: molde temporário: molde de areia de fundição (areia verde, areia-seca, areia-cimento); moldagem em casca; fundição por cera perdida; molde permanente: molde metálico; fundição por centrifugação; fundição sob pressão; fundição contínua; moldes mistos: partes permanentes, partes temporárias 2009A Fundição 5
7.1 Moldes temporários 7.1.1 Moldagem em areia de fundição Molde é composto por caixa de moldagem (metálica) dividida em duas partes (superior e inferior), preenchida com areia de fundição. Areia de fundição: areia com aglomerantes (argila, breu, outros) e água. Forma do molde é obtida em função da forma do modelo. Deve-se aplicar desmoldante ao modelo (talco, grafite) para facilitar sua retirada de dentro do molde. Para retirada da peça é necessário quebrar o molde. Aproximadamente 98% areia pode ser reaproveitada. 2009A Fundição 6
A moldagem em areia pode ser manual, semi-automática ou automática. Pode-se, por exemplo, encher a caixa de moldagem e compactar a areia automaticamente. 2009A Fundição 7
Requisitos dos moldes em areia: resistência mecânica: necessita suportar a pressão do metal líquido resistência ao calor: necessita suportar a altas temperaturas (material deve ser refratário) resistência à erosão: escoamento do metal tende a erodir o molde permeabilidade: permite dissipação de gases, que podem prejudicar acabamento complacência a pequenas deformações: permite ligeira contração da peça Tipo de areia limita acabamento superficial das peças: areia verde: mais úmida, pior acabamento (mais barata) areia-seca, areia-cimento: melhor acabamento Em uma variação da moldagem em areia, denominada moldagem plena, utilizam-se modelos de espuma de poliestireno (isopor). Não é necessário retirar o modelo antes do vazamento do metal (é vaporizado ou queimado pelo metal fundido). Vantagens: não são necessários ângulos de saída ou cantos arredondados. Desvantagem: geração de gases pode piorar acabamento superficial. 7.1.2 Moldagem em casca ( shell molding ) Molde é composto por mistura de areia (mais fina) e resina. Possui formato de uma casca, obtido sobre modelo metálico. Depois de obtida a forma geométrica, conforme o modelo, deve ser feita a cura do molde para garantir boa resistência mecânica. 2009A Fundição 8
Possui melhor acabamento que a moldagem em areia. Exige maiores investimentos. É mais indicado para peças pequenas e complexas. 7.1.3 Fundição de cera perdida Utilizam-se dois moldes: um para obtenção de modelos em cera e outro para obtenção das peças no material desejado. O primeiro molde é feito em alumínio ou outro metal que possa ser facilmente trabalhado. Já o segundo molde é composto por pasta refratária (areia fina e resina). 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) Perguntas 10. O molde em areia verde é reaproveitável? Quantas peças são obtidas a partir de um mesmo molde? Quantos moldes podem ser obtidos a partir de um mesmo modelo? 2009A Fundição 9
11. Cite pelo menos duas propriedades requisitadas aos moldes em areia. 12. Quais são as vantagens e desvantagens da moldagem plena (modelo em isopor)? 13. Quais são as vantagens e desvantagens de processos de fundição em casca? 14. Quais são as funções de cada um dos dois moldes utilizados na fundição por cera perdida? 7.2 Moldes permanentes Fabricados em materiais metálicos. Permitem a obtenção de centenas de milhares de peças com um único molde. Vantagens: melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais e resistência mecânica. Desvantagens: maiores custos (viável para produção seriada), metais para peça devem ter ponto de fusão menor que metal dos moldes, possível diminuição da tenacidade do material da peça. 7.2.1 Moldes metálicos lingoteiras 2009A Fundição 10
7.2.2 Fundição sob pressão Metal líquido é bombeado para o interior de uma matriz (molde). Matrizes são refrigeradas a água para aumento da vida útil do molde e resfriamento mais rápido da peça em fabricação. 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) 7.2.3 Fundição por centrifugação molde possui movimento de rotação mais eficiente que ação exclusiva da gravidade, porém mais caro permite obtenção de tubos sem costura Fundição por centrifugação Fundição por centrifugação, tubos sem costura Molde pode ser revestido com material cerâmico para possibilitar o processamento de materiais metálicos de alto ponto de fusão. 2009A Fundição 11
7.2.4 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. Perguntas: 15. O que é uma lingoteira? Quais são as geometrias comuns de ligoteiras? Como chama o produto obtido com o uso de uma lingoteira? 2009A Fundição 12
16. Quais as influências do uso de molde em materiais metálicos nas peças obtidas por fundição? 17. Qual dos dois processos deve ser mais vantajoso para se fabricar um tipo de peça em alumínio com massa de 2,5 Kg numa produtividade de 10000 peças por mês: fundição em areia ou fundição sob pressão? 18. Por que é possível obter peças de paredes mais finas com o processo de fundição sob pressão quando comparadas com as obtidas por fundição em areia? 19. Qual é o efeito da rotação do molde em processos de fundição por centrifugação? 7.3 Moldes mistos Possuem partes em areia e partes em material metálico, possibilitando variação das propriedades mecânicas e geométricas (tolerâncias e acabamento superficial) ao longo da mesma peça. 2009A Fundição 13
8. Possíveis defeitos em peças fundidas inclusão de areia do molde nas paredes da peça (prejudicam acabamento superficial e podem danificar ferramentas de usinagem em processo posterior) inclusão de partículas duras devido a defeitos de composição da liga metálica (mesmos problemas que da inclusão de areia) porosidade superficial ou interna às peças devido à não dissipação de gases rechupe (ausência de material por preenchimento incompleto do molde) Perguntas 20. Quais são as vantagens de utilização de moldes mistos (parte em material temporário, parte em material permanente)? 21. Cite pelo menos dois possíveis defeitos encontrados em peças fundidas. 22. Apesar de oferecer pior acabamento superficial o método de fundição em areia verde é o mais utilizado. Por que? 23. Faça uma comparação geral entre todos os processos de fundição apresentados. 2009A Fundição 14
9. 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 2009A Fundição 15