Post on 16-Nov-2018
Aula 04: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas)
Disciplina: Projeto de Ferramentais I
01: Introdução
- Características do processo- Etapas envolvidas.- Fatores econômicos e tecnológicos- Ligas empregadas
02: Coquilhas e Máquinas Coquilhadeiras
- Coquilhas Manuais- Coquilhas movimentadas mecanicamente- Máquinas coquilhadeiras – simples, de grande porte e com sistema de basculamento.
03: Projeto de Coquilhas
- Requisitos principais.- Fatores a serem considerados- Materiais para os moldes.- Aspectos construtivos dos moldes.- Revestimento dos moldes.- Temperaturas das coquilhas
Fundição em Moldes Metálicos “Permanentes” por Gravidade.
• Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou mais partes
• Usado repetidamente para a produção de muitas peças.
• Os moldes utilizados são denominados “Coquilhas”
• As “Coquilhas” podem ser movimentadas manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando-se Máquinas Coquilhadeiras.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProcessos de Fundição em CoquilhasProfessor: Guilherme O. Verran
ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO:
1. O molde é pintado com pincel ou spray nas superfícies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120-2600C).
2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente.
3. Vazamento da liga e enchimento do molde.
4. Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos
5. Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProcessos de Fundição em CoquilhasProfessor: Guilherme O. Verran
Características das peças obtidas:
– Melhor Acabamento Superficial.
– Maior Precisão Dimensional.
– Propriedades Mecânicas Superiores.
– Estrutura com grão mais finos em comparação com as
peças fundidas em areia.
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Molde = Coquilha : pode produzir de 10.000 até 120.000 peças
– revestimento aplicado
– material usado na sua fabricação
– tamanho e complexidade da peça
– liga utilizada
Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha:
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Fatores Econômicos
• Processo que envolve um alto custo inicial.
⇓
Máquina Coquilhadeira + Moldes
• No caso da necessidade de utilização de Machos:
• Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças.
• Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia.
⇒Molde
Semi-Permanente
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Em que situações se justifica a utilização do processo?
• Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades)
• Altas produções.
• Mão de obra menos especializada.
• Redução no peso da peça.
• Redução na usinagem
• Melhor acabamento.
Fatores Econômicos
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Fatores Tecnológicos:
• Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg.
• Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos.
⇓
Opção pela utilização de Moldes de Areia.
Peso Máximo por Liga
Ligas de Alumínio = 14Kg
Ligas de Cobre = 10 Kg
Ligas de Ferro = 50 Kg
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Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas
Coquilha Manual confeccionado com blocos simples para peças
finas
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Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas
Coquilha Manual deslizante sobre placa base para peças mais
espessas
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Máquinas Coquilhadeiras
Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico
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Máquina Coquilhadeira
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Máquina Coquilhadeira de Grande Porte
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Máquina Coquilhadeira com Sistema de Basculamento
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Regras Gerais de Projeto das Peças:
• Desenho da peça não deve ser complexo.
• Seções devem ser uniformes.
• Evitar cantos vivos.
• Evitar machos (metálicos ou de areia).
• Espessura mínima em torno de 3mm.
• Usar nervuras para evitar paredes pesadas.
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Requisito Principal: o molde deve extrair calor do metal líquido a um determinada velocidade.
Princípios Básicos Aplicados:
• Necessidade de resfriamento com água
• Controle da direção do fluxo de calor ⇒ uso de materiais e recobrimentos com diferentes capacidades de extração do calor.
Projeto dos Moldes:
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Requisitos Principais dos Moldes:
• Devem resistir aos esforços de manuseio e apresentar a maior vida útil possível
⇓
Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação.
• Devem extrair calor do metal líquido a uma determinada velocidade
⇓
Necessidade de sistemas de resfriamento.
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– Necessidade de altas velocidades de produção
Projeto do Molde
Fatores a serem considerados:
– Vida útil relativamente longa
– Precisão dimensional da cavidade
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- Detalhamento dos aspectos operacionais
Aspectos do projetos dos moldes relacionados com suas funções metalúrgicas e de engenharia
- Sistema de canais de enchimento
- Sistema de alimentação (massalotes)
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• Fatores importantes no projeto de moldes para processos intermitentes:
– Temperaturas máxima e mínima da face do molde durante o ciclo
– Magnitude dos gradientes de temperatura através das paredes dos moldes
– Freqüência de repetição do ciclo de produção
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- Variações microestruturais em função de aquecimentos prolongados ou reações químicas
• Consequências do aquecimento e das variações de temperaturas:
- Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas
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Empenamentos ou fissuras nas faces devido Fadiga Térmica
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• Objetivos do controle de temperatura do molde:
– Garantir uma utilização segura ⇒ retirada da umidade
– Obter fundidos com superfícies lisas ⇒ temperaturas ótimas 200-3500C
– Promover direção e velocidades de solidificação ótimas
– Obter uma vida útil mais longa
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Materiais para Moldes:
Fatores determinantes da escolha do material:
• Tipo de liga a ser vazada.
• Quantidade de peças a serem produzidas.
• Condições operacionais.
Materiais Utilizados
Ferro Fundido
Aço H13 Temperado
Cobre - Cromo
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Tamanho da Peça
Número de Vazamentos
1000 10000 100000
PequenaMenor que 25mm
Médias e Grandes até 900mm
FoFoCinzento FoFoCinzento H11
FoFoCinzento c/ insertos de H14
FoFoCinzento FoFoCinzento FoFoCinzento H11, H13, H14
Recomendação de Materiais para Coquilhas segundo a AFS
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Propriedades Importantes emMateriais para Coquilhas:
• Facilidade de Usinagem.
• Estabilidade Dimensional.
• Boa Difusividade Térmica.
• Resistência a trincas e fissuras por Fadiga Térmica
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Ferramental para Fundição por Gravidade
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Coquilha Basculante – Sistema Tilt
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Peça fundida em Coquilha
“Carter”
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Cilindro mestre Tabela de basketball
Dois exemplos de peças fundidas em coquilha, ambas usando a liga 356 Al7Si0,3Mg
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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)
Composição Química :
• Silicato de Sódio: como ligante.
• Água: como solvente.
• Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, argila e outros ingredientes.
Aplicação : pistola na cavidade da peça e com pincel (base isolante para massalotes).
Obs.: Quando a camada é espessa ⇒ taxa de resfriamento lenta (ação isolante).
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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)
Sequência Operacional:
• Limpeza da cavidade por jateamento⇒ melhor aderência da tinta.
• Aquecimento do molde a ≈ 1500C
• Aplicação de quantas camadas forem necessárias (em função do efeito de isolamento desejado).
Obs.1: Uma aplicação bem feita pode ser usada continuamente por 24h dependendo do desenho da peça.
Obs.2: Recomenda-se a remoção completa e a repintura do molde em vez da realização de reparos.
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Principais Funções das Tintas para Coquilhas
• Controlar o gradiente de temperatura ⇒ solidificação direcional ótima e peças isentas de rechupes.
• Controlar o fluxo de metal para assegurar que o metal atinja todas as partes da coquilha com a temperatura necessária a não ocorrência de “juntas frias”.
• Facilitar a extração da peça.
• Garantir um bom acabamento na peça.
• Garantir uma maior vida útil do molde (evita soldagem do metal no molde)
• Reduzir o choque térmico.
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Meios para alterar o Resfriamento das Peças
• Situação Ideal ⇒ garantir a solidificação direcional.
• Quando isto não é possível:
• Usar resfriadores de Cobre ou Aço
• Circulação de água.
• Uso de aquecimento localizado.
• Uso de tintas isolantes.
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Temperatura da Coquilha
• Em fundição de Ligas de Alumínio ⇒ 300-3500C.
• Consequências de Temperaturas muito Altas:
• Maior formação de rebarbas.
• Menor produção.
• Redução nas propriedades mecânicas das peças.
• Maior tendência a rechupes.
• Menor vida útil do molde.
• Consequências de Temperaturas muito Baixas:
• Geração de solda fria nas peças.
• Redução na capacidade de alimentação
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Variáveis que afetam a Temperatura da Coquilha
• Quantidade de metal vazado.
• Formato da peça.
• Espessura de parede da coquilha.
• Freqüência dos vazamentos.
• Tipo e espessura dos revestimentos (tintas).
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