Modelação (Modelagem)

2 Modelação (Modelagem) O processo de modelação consiste basicamente em construir uma réplica da peça que se deseja obter por meio do processo de fundição. Essa réplica é denominada modelo e tem a finalidade de imprimir as dimensões da peça no molde de fundição. A qualidade da peça fundida depende, antes de mais nada da qualidade e precisão com que o modelo é fabricado

3 Modelação (Modelagem) A modelação é um setor opcional da fundição, uma vez que essa pode contratar serviços de empresa especializada. Mesmo que a fundição opte por contratar serviços de terceiros para a confecção de modelos e de caixas de macho, é necessário que a mesma disponha de um mínimo de infraestrutura para manutenção e reparo desses componentes.

4 Materiais Os modelos e caixas de macho podem ser fabricados por diversos tipos materiais, sendo os principais: Madeira (mogno, pinho, marfim, etc.); Metais (alumínio e aço, principalmente); Resinas (reforçadas ou não, do tipo epóxi); Poliestireno expandido (isopor); e Cera.

5 Critérios para escolha do material Caso não haja restrição quanto ao material do modelo, a escolha dependerá basicamente do lote de peças a fabricar, da tolerância dimensional e acabamento requeridos para a peça fundida. É preciso lembrar que o custo de um (ou mais) modelo(s) se diluirá por todo o lote encomendado e assim a durabilidade do modelo escolhido deve ser compatível com o número de peças a fabricar.

6 Vida Média de Modelos Fonte: Metals Handbook (2010)

7 Modelos de Madeira Os modelos de madeira são comumente utilizados nos processos de fundição em areia, por serem os que melhor se adaptam à maior parte dos problemas de moldação, apesar de serem, sob muitos aspectos, os menos resistentes. Este tipo de modelo também satisfaz as produções de série de pequenas e médias, servem de modelo mestre para a reprodução de outros modelos de metal e de plástico ou mesmo para produção de séries reduzidas, ou seja, atende a demanda não superior a uma ou a várias centenas de peças.

8 Principais Características Fonte: Fundição: Processos e Tecnologias Correlatas (2013)

Vantagens Custo Tamanho do modelo

Desvantagens Umidade atmosférica; Variações dimensionais; Deformação natural; Vida útil

Modelos de Madeira 11

15 Modelos de Metais A escolha de um modelo metálico é feita quando se desejam as seguintes propriedades: Elevada resistência ao desgaste; Elevada resistência mecânica (impacto e compressão); Acabamento superficial bem fino; Estabilidade dimensional; Resistência ao calor; Facilidade de desmoldagem.

Modelos de Metais 16

17 Modelos de Resinas Os modelos feitos a base de resinas etoxilínicas tiveram grande aceitação nos últimos anos, especialmente na substituição dos modelos metálicos. Seu custo é alto, mas possuem bom acabamento e podem se fixados em placas assim como os modelos em madeira. São usados para fabricação de peças de média a grande escala.

18 Vantagens Os modelos feitos a base de resinas proporcionam as seguintes vantagens: Excelente estabilidade dimensional; Resistência ao calor; Facilidade de reprodução de modelos rigorosamente iguais; Contração no endurecimento praticamente nula; Elevada resistência ao desgaste (impactos e abrasão); Boa qualidade superficial e de fácil reparo.

Modelos de Resinas 19

20 Modelos de Isopor É utilizado para fabricação de peça única; Sua vantagem é que não necessita ser desmoldado, já que o aço liquido irá consumir esse modelo durante o processo de fundição; Tem baixo custo, é fácil de ser transportado; Tem acabamento deficiente mas sua principal desvantagem se dá a sua baixa resistência mecânica; É fabricado através de moldes onde o isopor (poliestireno) é fundido, ou pode ser esculpido obtendo o modelo da peça.

Modelos de Isopor 21

22 Modelos de Cera Os modelos de cera são utilizados na fundição de precisão (processo cera perdida ). Os modelos e os canais de cera são obtidos de moldes elásticos e cobertos por uma argamassa refrataria que, ao serem aquecidos em estufas, toda a cera derrete, dando lugar ao molde. Muito usado na fabricação de peças pequenas, como jóias, peças com superfícies muito finas e modelagens delicadas.

Modelos de Cera 23

24 Machos Se uma peça possuir detalhes internos como cavidades, é usado um macho. Os machos são utilizados para preencher cavidades ou passagens da peça. O macho é colocado no molde antes do vazamento do metal líquido.

25 Machos Os machos, como os moldes, devem apresentar certa resistência mecânica, permeabilidade, e devem ser quebradiços para poderem ser retirados com facilidade. Para se obter essas características, os machos são confeccionados a base de areia e aglomerados. - Colapsibilidade (propriedade única e especifica do macho)

26 Machos Fabricado em caixas de macho seu corpo é moldado em areia e colocado numa posição estratégica no molde para que a peça seja produzida com perfeição. Cura a quente Cura a frio É usada a marcação para macho: um local especifico no molde onde o macho será apoiado.

27 Machos Estudar corretamente o lugar da colocação dos machos.

28 Machos Representação de um macho no molde em areia (corte transversal).

Machos 29

30 Fabricação de Modelos Dois fatores devem ser considerados na hora de escolher o material que será utilizado: Vida útil pensar na vida útil do modelo é escolhê-lo pelo tanto de vezes que poderá ser utilizado. Assim, se quisermos utilizar um modelo diversas vezes, o isopor não deverá ser escolhido, pois, após a primeira moldagem, ele já precisa ser descartado em razão de sua fragilidade.

31 Fabricação de Modelos Custo é um fator muito importante para as escolhas tomadas não só na indústria metalúrgica, mas em qualquer indústria. Afinal, é muito importante saber o quanto se pode e se quer gastar. Porém, não é possível pensar no custo isoladamente. É preciso equilibrar o custo do material e o benefício que ele irá proporcionar. O modelo de metal, por exemplo, tem um custo elevado, pois requer operações de usinagem que garantam a precisão de suas dimensões.

32 Classificação de Modelos a) modelo sólido (inteiro) b) modelo bipartido c) Placa-molde padrão d) modelo com parte superior e inferior

Placa-molde 33

34 Construção de Modelos Feito o projeto, mas ainda antes da fabricação de uma peça ou produto, é preciso confeccionar um modelo. O modelo, por sua vez, será utilizado na fabricação de um molde e é essencial que suas dimensões atendam: as correções para compensar um fenômeno físico que ocorre quando o metal resfria: a contração (o metal se encolhe); sobremetal para permitir uma usinagem posterior; e ângulos de saída para criar uma inclinação no modelo, de modo a possibilitar a retirada do molde.

35 A. Partição do Molde Observações na construção O fato de um dado modelo não apresentar eixo de simetria significa que ele pode ser posicionado no molde de seis formas diferentes. Da escolha desse posicionamento em relação ao plano de partição do molde. A extração do modelo também pode ser dificultada pela má escolha da posição de peça em relação à caixa. Em peças simples costuma-se fazer coincidir a maior área projetada com o plano entre caixas.

Observações na construção 36

37 Observações na construção B. Sobremetal O desenho da peça deve indicar o tipo de trabalho mecânico a ser realizado na superfície da mesma, furos a serem feitos pós-fundição, etc. e no projeto da peça fundida deve haver um acréscimo de medidas correspondente ao que será removido. Os acréscimos de sobremetal dependem do metal, da espessura da peça e da posição da superfície: superfícies superiores exigem maior sobremetal, uma vez que diversos defeitos tendem a se posicionar nas cotas superiores do molde.

38 Sobremetal Fonte: Metals Handbook (2010)

39 C. Contração Observações na construção Praticamente todos os metais empregados em fundição se contraem durante o resfriamento. Após a solidificação da peça esta contração será responsável pela alteração das medidas originais do projeto, podendo também responder pelo trincamento da mesma.

40 Observações na construção O dimensionamento do modelo deve considerar que haverá contração e a forma mais simples de fazer isto é empregar réguas métricas corrigidas - uma para cada tipo de metal -, supondo que a contração seja linear (na verdade é volumétrica e depende de diversos fatores como temperatura do metal, restrição à contração, etc.). Isto, a princípio, não garante que as dimensões finais da peça estarão dentro das especificações de projeto (analise dimensional de setup).

41 Valores típicos de contração Fonte: Tecnologia da Fundição (2011)

42 observações na construção de modelos D. Ângulo de Saída É o angulo de 1 a 2 utilizado na fabricação do modelo de forma a permitir sua extração do molde sem danificá-lo.

43 E. Pintura Observações na construção O modelo e a caixa de macho costumam ser pintados para proteger a superfície dos mesmos da erosão pela areia, sendo que as cores empregadas obedecem a um código pré-estabelecido:

44 Quantidade de peças por molde As caixas de moldagem tem tamanhos variados e a forma de se aumentar o rendimento metálico é colocar numa caixa o maior número possível de modelos. Assim quando se diz que um modelo dá origem a uma peça, entenda-se que normalmente se está pensando num conjunto de modelos que darão origem a um molde e, assim, a várias peças. No caso de fundição de precisão, que de maneira geral se destina a fabricar peças de pequeno porte pode-se ter um modelo composto de até uma centena de modelos individuais.

45 Manutenção e estocagem Deve ser tomado todo o cuidado com os modelos e caixas de macho durante o armazenamento e manuseio. Estes componentes recebem um número de identificação que permite sua recuperação e adaptação para novos empregos. Ocasionalmente o cliente é possuidor do seu modelo, cabendo à fundição unicamente produzir o molde e vazar o metal, mas esta prática não é aconselhável pois o projeto de fabricação dos modelos e das caixas de macho depende do projeto da peça fundida como um todo.

Tecnologia para Modelagem Algumas modelações e grandes fundições já estão utilizando a fabricação de protótipos como forma de avaliar - de forma rápida - detalhes construtivos dos modelos e matrizes. A prototipagem rápida que produz objetos sólidos a partir da informação tridimensional proveniente de um sistema CAD foi desenvolvida no final da década de 1980. Mais recentemente foram desenvolvidos novos métodos como o Modelamento 3D que funciona como uma impressora tridimensional utilizando resina no lugar de tinta, sendo que o cabeçote deposita material camada a camada. Algumas máquinas trabalham também com extrusão de plásticos do tipo ABS. 46

47 Prototipagem A prototipagem rápida é uma tecnologia inovadora desenvolvida nas últimas décadas, visa produzir protótipos de forma relativamente rápida para inspeção visual, análise de forma/dimensional e como padrão mestre para a produção de ferramentas para auxiliar na redução de tempo do processo de desenvolvimento de produtos

48 Vantagens da prototipagem 1. Capacidade de produzir formas tridimensionais complexas e detalhadas; 2. Redução de lead times para peças únicas; 3. Possibilidade de instalação em ambientes não industriais, devido a baixa geração de ruídos ou desperdícios; 4. Redução de tempo.

49 Desvantagens da prototipagem 1. Restrições ao tamanho do protótipo; 2. Número de materiais disponíveis para a prototipagem rápida com adição de materiais é ainda limitado; 3. Qualidade final da superfície do protótipo rápido gerado geralmente necessita de um acabamento secundário; 4. Elevado custo e profissionais qualificados.

Tecnologia para Modelagem 50

53 Tecnologia para Modelagem Outra tendência são programas de computador que simulam todo o processo de fundição a ser realizado entre eles se destaca o Virtual Aluminum Castings (VAC) é um conjunto de módulos computacionais desenvolvidos pelo Laboratório de Pesquisas e Engenharia Avançada da Ford Motor Company nos Estados Unidos, em colaboração com diversas universidades ao redor do mundo. A partir da utilização do VAC, blocos e cabeçotes virtuais podem ser concebidos, fabricados, submetidos a tratamentos térmicos, e ter a durabilidade à fadiga avaliada em um computador, muito antes que estes componentes sejam fabricados.

54 Simuladores do processo de fundição MAGMASOFT (www.magmasoft.com) Flow-3D (www.flow3d.com) CAPCAST (www.ekkinc.com) PAM-CAST (www.esi-group.com) NovaCast (www.novacast.se)

Simuladores do processo de fundição 55