Forging & Casting Expertise Combined ENCONTRO DE USUÁRIOS MAGMA 2013 Estudo de diferentes tipos de massalotes (luvas) na obtenção do ferro fundido nodular Engenheiro de Processos: Geicimar Ismael 1
Ano GRUPO BRASIL Timeline Evento 2000 É criado o Grupo Brasil, com o objetivo de adquerir empresas focadas no segmento de auto peças. 2000 Primeira empresa adquirida pelo Grupo Brasil: MTP Metalúrgica Tubos de Precisão Ltda. tubos de aço sem costura 2002 Aquisição da Sifco, peças forjadas e usinadas para caminhões e ônibus, e também de sua subsidiária Westport Axle Corp que vende eixos pesados para caminhões e outros componentes usinados da Sifco na América do Norte. 2002 Aquisição da Vulcan Material Plástico Ltda, plásticos laminados. 2004 Aquisição da Alujet Industrial e Comercial Ltda., rodas de liga leve. 2006 Aquisição da ThyssenKrupp Fundições Ltda., nomeada BR Metals Fundições Ltda., peças de ferro fundido cinzento e nodular. 2008 Aquisição da Karmann Guia, ferramentaria de estampos. 2
Localização Planta Matozinhos - MTZ Capacidade: 2,000 Ton / mês MG SP RJ MG MTZ Plant BH Sifco Jundiaí Capacidade: Ton / mês SP RJ SP BP Plant Sifco Plant RJ Planta Barra do Piraí - BP Capacidade: 8,000 Ton / mês 3
Planta Barra do Piraí Área total: Área Construída: Capacidade Produção: 3.8 M m2 45,000 m2 8,000 t/ Mo N Empregados: 1,480 Materiais: Cinzento 30% Nodular 70% Linhas moldação II III IV V Processo Green Sand Künkel & Wagner No Bake Shell molding Green Sand Künkel & Wagner Peso (kg) 30 a 300 Até 1.000 1 a 35 20 a 80 Tamanho Caixa (mm) 1.250 x 950 x 400/400 Customized 450 x 350 x 720 900 x 700 x 300/300 Capacidade 60 moldes / h 7 moldes / dia 2,5 M pçs / ano 110 moldes / h 4
Planta Matozinhos Área: Área construída: Área disponível para usinagem 225,000 m2 18,000 m2 1,325 m2 Capacidade Produção: 2,000 t/ Mo N Empregados: 460 Materiais: Cinzento 15% Nodular 85% Linhas moldação Processo Peso (kg) Tamanho Caixa (mm) Capacidade Linha Leve No Bake 300 a 2.000 Customizado 120 moldes / dia Linha Pesada No Bake 2,000 a 30,000 Customizado 10 moldes / dia 5
Mercados Estratégicos Barra do Piraí Matozinhos 6
Linha de Produtos : Automóveis Virabrequim 1.8l 12 kg Virabrequim 2.3l Peso: 20 kg Virabrequim 1.2l 9 kg Virabrequim 2.5l 20 kg Virabrequim 1.4l 12 kg 7
Linha de Produtos: Caminhões e Ônibus Quinta Roda 104 kg Tambor de Freio 70 kg Volante 30 kg 8
Linha de Produtos: Construção e Mineração Carcaça Semi Eixo 132 kg Munhão do Eixo 18 kg Braço do Levantador 81 kg Cubo 220 kg Carc. Conversor Torque 180 kg Roda Traseira 2.980 kg 9
Linha de Produtos: Agrícola Carcaça de Transmissão 152 kg Carcaça do Semi-eixo 63 kg Carcaça Central 84 kg Carcaça do Diferencial 346 kg 10
Linha de Produtos: Energia Eólica Matozinhos Base Suporte 8.250 kg Rotor 8.920 kg Eixo 2.210 kg Base Suporte 16.450 kg 11
Linha de Produtos: Industrial Bloco do Motor 20.300 kg Rotor 2.310 kg Carcaça da Bomba Estampos Bloco do Compressor 700 kg 12
Objetivo do trabalho Objetivo Principal: -Correlacionar a prática com o MAGMA Objetivos secundários: -Verificar a luva de melhor rendimento metalúrgico -Verificar a influência do material das luvas na alimentação -Verificar a influência do tipo da luva na alimentação 13
Definição de massalote Função do massalote: -Reserva de metal líquido com o objetivo de compensar a contração do metal líquido. -Deve possuir módulo maior que a região a ser alimentada -Deve possuir volume suficiente para alimentar a região solicitada -Podem ser feitos naturais (areia) ou com a utilização de luvas em diferentes materiais e dimensões: Material isolante Material exotérmico Material super exotérmico 14
Cálculo Módulo da peça Peça Cálculo do volume V= 15x15x15 V= 3.375 cm³ Cálculo da área A= 15x15x6 A= 1.350 cm² Cálculo do módulo M= V/A M= 3.375/1350 M= 2,5 cm 15
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva Regra da contração Esta regra avalia se o(s) massalote(s) tem volume de metal suficiente para compensar a contração volumétrica da peça ou parte da peça que esta sendo alimentada. Assim o massalote deve atender a seguinte relação: Vm Vc x K x r, onde: Vm = somatória dos volumes dos massalotes; Vc = volume da cavidade do molde correspondente à peça ou parte de peça a ser alimentada; r = taxa de contração volumétrica K = coeficiente de eficiência do massalote. Coeficiente de eficiência do massalote: K O quadro abaixo apresenta valores para o coeficiente de eficiência do massalote em função do tipo de massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos. 16
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva Taxa de Contração Volumétrica: r O quadro a seguir, apresenta valores para taxa de contração volumétrica (r) em função do tipo de liga, do sobreaquecimento do metal e tipo de moldes. O sobreaquecimento é a diferença entre a temperatura de vazamento da liga e a do liquidus. 17
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva Valores de ds e dq e relação ds/dq Como o volume da cavidade do molde é maior que o volume da peça sólida, no momento de verificar a suficiência do volume do massalote, é necessário estabelecer uma correção. Para encontrar este fator de correção, dividi-se a densidade sólida pela densidade líquida do material a ser fundido. Este volume corrigido é encontrado empregando a seguinte relação: Vc = Vp x ds/dq, onde: Vc = volume da cavidade; ds = densidade do metal sólido; dq = densidade do metal líquido. O quadro abaixo, apresenta valores para ds, dq e da relação ds/dq 18
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva Cálculo do volume necessário para o massalote Com todos estes dados, temos o seguinte volume necessário para o massalote: Vm Vc x K x r, sendo: Vc = 3.375 x 1,058 Vc = 3.570,75 cm³ K = 4 (massalotes cobertos com luvas e/ou pó exotérmico r = 0,03 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde rígido para ferro fundido nodular) Vm 3.570,75 x 4 x 0,03 Vm 428,49 cm³ r = 0,1 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde não rígido para ferro fundido nodular) Vm 3.570,75 x 4 x 0,1 Vm 1.428,30 cm³ OBS: para molde não rígido teoricamente,o volume do massalote deve ser 70% maior. 19
Cálculo do massalote direto cego sem luva Cálculo do massalote direto cego sem luva Mp = 2,5 cm Mm = Mp x K Mm = 2,5x1,2 Mm = 3,0 cm O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos Dm = 4,5xMm Dm = 4,5x3,0 Dm = 135 mm Hm = 1,5xDm Hm = 1,5x135 Hm = 202,5 mm Vm = 3.570,75 x 6 x 0,03 Vm = 642,735 cm³ Lm = 0,5xDm Lm = 0,5x135 Lm = 67,5 mm 20
Cálculo do massalote direto cego com luva Cálculo do massalote direto cego com luva Mp = 2,5 cm Mm = Mp x K Mm = 2,5x0,9 Mm = 2,25 cm O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos Dm = 4,0xMm Dm = 4,0x2,25 Dm = 90 mm Luva 9x12 super exotérmica Hm = 1,0xDm Hm = 1,0x90 Hm = 90 mm Vm = π/4 x Dm² x Hm Vm = 572,55 cm³ 21
Comparativo massalotes - luvas Massalote 1 Massalote 2 Massalote 3 Massalote 4 22
Comparativo massalotes - luvas Massalote 5 Massalote 6 Massalote 7 Massalote 8 23
Comparativo massalotes - luvas Peça 1 Peça 2 Peça 3 Modificada a seção de 60% para 50% conforme as demais. Peça 4 Peça 5 Peça 6 Peça 7 24
Luvas de mesma geometria Comparativo massalotes - luvas -Luva 12x15 ISO120 -Luva 10x13 EXO130 -Luva 9x12 EXO200 -Luva 80D EXO200 -Luva Ø105 EXO200 -Luva 8x11 EXO200 -Luva 9x12 EXO200 -Isolante -Exotérmica -Super exotérmica -Super exotérmica -Super exotérmica -Super exotérmica -Super exotérmica -Peso metal: 9,69Kg -Peso metal: 5,98Kg -Peso metal: 4,66Kg -Peso metal: 3,53Kg -Peso metal: 3,96Kg -Peso metal: 7,76Kg -Peso metal: 5,01Kg Peça 1 Peça 2 Peça 3 Peça 4 Peça 5 Peça 6 Peça 7 25
Projeto 2D 26
Dados do Teste Stable mold: molde rígido Dados do teste: -Peso / peça: 23,95 Kg -Peso total: 271,15 Kg 1 2 3 4 -Luva 1: Iso 120-12x15, macho estrangulador Willy -Luva 2: Exo 130-10x13 macho estrangulador Willy -Luva 3: Exo 200-9x12, macho estrangulador Willy -Luva 4: Exo 200 80D, macho estrangulador Willy -Luva 5: Exo 200 Ø105, macho estrangulador Willy -Luva 6: Exo 200 8x11 RBI, macho estrangulador Willy -Luva 7: Exo 200 9x12, macho estranguladro cônico -Sem luva 8 7 6 5 27
Teste prático Modelo superior Molde superior Peças + massalotes Peça sem massalote 1 2 3 4 8 7 6 5 28
Dados práticos do vazamento e Parâmetros MAGMA Parâmetros MAGMA e dados prático do vazamento: Prática: -Temperatura de vazamento: 1390 C -Tempo de vazamento: 23s Magma: -Inoculação: good -Eficiência da inoculação: 50% -Precipitação de grafita: 8 Encontro de usuários MAGMA 2012 29
Módulo térmico peça 1-4 Peça 1 Luva 12x15 Isolante Peça 2 Luva 10x13 exotérmica Maior módulo dentro do massalote Maior módulo dentro do massalote Peça 3 Luva Luva 9x12 9x12 super super exotérmica Peça 4 Luva Luva 80D 80D super super exotérmica Maior módulo dentro do massalote Maior módulo dentro do massalote 30
Módulo térmico peça 5-8 Peça 5 Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 Luva 8x11 super exotérmica Maior módulo dentro do massalote Maior módulo dentro do massalote Peça 7 Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 Sem luva Maior módulo dentro do massalote Maior módulo próximo da seção de ligação 31
Ponto quente MAGMA peça 1-4 Peça 1 Luva 12x15 Isolante Peça 2 Luva 10x13 exotérmica Ponto quente no massalote Ponto quente no massalote Peça 3 Luva Luva 9x12 9x12 super super exotérmica Peça 4 Luva Luva 80D 80D super super exotérmica Ponto quente no massalote Ponto quente no massalote 32
Ponto quente MAGMA peça 5-8 Peça 5 Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 Luva 8x11 super exotérmica Ponto quente no massalote Ponto quente no massalote Peça 7 Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 Sem luva Ponto quente no massalote Ponto quente na seção de ligação do massalote 33
Precipitação de grafita x Tendência a porosidade MAGMA Precipitação de grafita 6 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8 PÇ 9 Precipitação de grafita 7 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8 PÇ 9 Precipitação de grafita 8 PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8 PÇ 9 34
Tendência a porosidade MAGMA peça sem massalote Sem LP Com LP 35
Tendência a porosidade MAGMA x prática Peça 1 Luva 12x15 Isolante Peça 2 Luva 10x13 exotérmica Peça 3 Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 Luva 80D super exotérmica 36
Tendência a porosidade MAGMA x prática Peça 5 Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 Luva 8x11 RBI super exotérmica Peça 7 Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 sem luva 37
Redução de altura no massalote contração líquida Peça 1 Luva 12x15 Isolante Peça 2 Luva 10x13 exotérmica Peça 3 Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 Luva 80D super exotérmica Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura 135 mm 127 mm - 8 mm 118 mm 102 mm - 16 mm 111 mm 102 mm - 9 mm 115 mm 107 mm - 8 mm Peça 5 Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 Luva 8x11 RBI super exotérmica Peça 7 Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 sem luva Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura Altura interna luva Altura massalote Diferença de altura 85 mm 97 mm - 12 mm 208 mm 197 mm - 11 mm 111 mm 105 mm - 6 mm 202 mm 187 mm - 15 mm 38
Comparativo geral massalotes e luvas Maior Custo de Produção OBS: Para o cálculo do preço do metal dos massalotes foi considerado o preço do metal base de R$ 1,65/Kg. MAIOR 39
Comentários finais: -Para que se tenha um menor custo de produção, fica mais viável a utilização de luvas com material super exotérmico. -O maior custo é o com a utilização de massalote sem luva. -O melhor rendimento metalúrgico foram das luvas 80D domada e da luva esférica Ø105 mm, ambas produzidas com material super exotérmico. -O tipo de luva a ser utilizado será em função do tipo da peça, da região a ser alimentada, o tipo de linha de produção, o tipo de moldação, tipo de areia etc. -Descobrimos que para cada tipo de material das luvas, isolante, exotérmico e super exotérmico, para definirmos o Ø do massalote direto cego, devemos utilizar um fator multiplicativo diferenciado: Super exotérmico: Dm = 4,0 x Mm Exotérmico: Dm = 4,4 x Mm Isolante: Dm = 5,3 x Mm OBS: Nas apostilas técnicas não temos estas informações, temos apenas a equação: Dm = 4,0 x Mm -Mantendo a relação da seção de ligação de 50% do Ø massalote para todos os massalotes do trabalho, temos para as luvas com material super exotérmico uma menor seção de ligação, com isto uma maior facilidade de quebra do massalote e um menor tempo de rebarbação. -Parâmetros de processo, principalmente inoculação, deve ser bem controlado. Com inoculação insuficiente o sistema de alimentação (massalotes), pode tornar-se insuficiente. 40
Oportunidades de trabalhos: -Desenvolvimento de luvas específicas para determinados tipos de peças. -Desenvolvimento de luvas de menor altura e em consequência menor volume e peso. -Fazer um trabalho mantendo apenas 1 tipo de material para luva e variar o estrangulamento da seção de ligação do massalote, verificando a influência na alimentação. -Fazer um trabalho modificando o tipo da areia de moldação, com o objetivo de verificar na prática a influência da resistência do molde na alimentação: Areia aglomerada com resina, sem compactação: Die mold Areia aglomerada com resina, com compactação: Stable mold Areia aglomerada com bentonita, com compactação: Weak mold -Verificar a influência da cunha atmosférica na eficiência dos massalotes. -Fazer parceria com escolas técnicas para o desenvolvimento destes trabalhos, SENAI de Itaúna. -Verificar a influência da inoculação na alimentação. 41
Mensagem Final Fundição não é uma arte! É um campo do conhecimento tecnológico, bastante complexo e com grande número de variáveis. Exige pois do fundidor o saber e a sensibilidade de um artista! MUITO OBRIGADO!!! 42