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Processos de Fabricação I1º Semestre de 2012

Professores Executores:

Prof. Adriano Mendanha

Prof. Fernando A. C. Nery

Prof. Israel Ferreira Alves

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Processos de Fabricação I1º Semestre de 2012

aviso

O conteúdo desta apresentação foi elaborado exclusivamente para usodidático como “Notas de Aula” sendo de circulação restrita aos alunosmatriculados na disciplina Processos de Fabricação I. Todos osconteúdos técnico-didáticos (incluindo figuras e tabelas) forambaseados, adaptados e/ou reproduzidos de fontes citadas ao final daapresentação e/ou que integram a bibliografia adotada para adisciplina.

Conteúdos em estudo:3- Fundição

3.1 - Introdução

3.2 - Fenômenos que ocorrem durante a solidificação

3.3 - Processos de fundição: principais tipos

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3.1- Introdução

3.1 - Introdução

A fundição é um processo de fabricação onde um

metal ou liga metálica, no estado líquido, é vazado em um

molde com formato e medidas correspondentes aos da

peça a ser produzida.

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3.1 - Introdução

Em muitos casos após a fundição a peça é

posteriormente processada (conformada mecanicamente

e/ou usinada) para serem feitos ajustes dimensionais para

que as formas, dimensões e acabamento superficiais

finais sejam obtidos.

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Exemplificação do Processo de Fundição

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Vantagens do processo de fundição:

� peças com formas complexas;

� peças pequenas à grande dimensões;

� economicamente viáveis para diferentes níveis

de produção;

� Obtenção de peças com formas praticamente

definitivas assim como a fabricação de lingotes,

posteriormente conformados mecanicamente.

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Exemplo de aplicações do processo de fundição:

� fabricação de semiprodutos reprocessados por transformação

mecânica;

� fabricação de peças/equipamentos de:

� transportes;

� construção civil;

� de comunicação;

� de geração de energia elétrica;

� mineração.

� fabricação de bases/peças de máquinas operatrizes;

� fabricação de blocos/peças de motores de combustão interna.

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Exemplo de peças produzidas por fundição.

3.2 - Fenômenos que ocorrem durante a

solidificação

O estudo desses fenômenos é importante pois

podem ocasionar o aparecimento de heterogeneidades

e/ou defeitos os quais podem prejudicar a qualidade das

peças fundidas e, portanto, a não-conformidade.

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...esses fenômenos são:

� Cristalização;

� Contração de volume;

� Concentração de impurezas;

� Desprendimento de gases.

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Dendritas de um lingote de aço (estrutura real).

Crescimento da dendrita a partir de (a).

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Ilustração esquemática de frentes de solidificação (a) dendrítica colunar, (b)

dendrítica equiaxial e (c) equiaxial.

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Ilustração esquemática da solidificação de lingotes: a) metais puros; b) solução

sólidas; c) adição de inoculantes/refino de grãos.

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Ilustração esquemática do fenômeno de contração durante a solidificação.

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Variação de volume durante a solidificação. A maioria dos materiais metálicos

apresenta redução de volume (-), mas alguns apresentam expansão (+).

MetalVariação

de volume

Alumínio -6,00

Zinco -5,10

Ouro -4,20

Cobre -4,15

Magnésio -4,10

Cádmio -4,00

Ferro -3,00

Estanho -2,30

Antimônio +0,95

Gálio +3,20

Bismuto +3,35

Germânio +5,00

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Ocorrência de rechupe. Para deslocar a região de rechupe é atilizado o

“massalote” ou “alimentador”.

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Ocorrência de trincas a quente, devido a contração volumétrica.

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Gases que são formados durante o processo de

fundição podem formar bolhas tanto na superfície quanto no

interior das peças. No interior das peças a porosidade formada

pelos gases se diferencia dos microrechupes por apresentar

formas mais arredondadas.

Presença de inclusões, que são não metálicos como

SiO2 e MnO, causam diminuição das propriedades mecânicas

das peças fundidas e podem comprometer os lingotes em

processos posteriores de deformação plástica (zonas de

segregação).

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Segregação em peças laminadas e forjadas.

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Dendritas se encontram em planos diagonais do lingote. (b) Aspectos típicos da

seção de um lingote. (c) Crescimento dendrítico ocorrendo de forma as

dendritas se encontrarem em planos diagonais.

3.3 - Principais Tipos de Processos

Classificação geral :

� fundição em molde não-permanente;

� fundição em molde permanente.

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Tipos de Processos

Classificação específica :

1. Fundição em molde de areia;

2. Fundição pelo processo CO2;

3. Fundição por moldagem plena;

4. Fundição em molde metálico;

5. Fundição por centrifugação;

6. Fundição “em cera”;

7. Fundição “em casca”;

8. Fundição Contínua.25

...etapas básicas de um ciclo de fundição:

1. desenho da peça,

2. projeto do modelo,

3. elaboração do modelo (modelagem),

4. elaboração do molde (moldagem),

5. fusão da liga metálica,

6. vazamento no molde,

7. solidificação,

8. desmoldagem, limpeza e rebarbação,

9. controle de qualidade (final),

10. tratamentos térmicos (eventuais).26

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Ilustração esquemática do processo de fundição em areia.

Moldagem(elaboração do molde)

...etapa que distingue os diversos tipos de processos.

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...considerações sobre

�Desenho da peça

�Projeto do modelo

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...considerações sobre

� Desenho da peçaevitar os defeitos originados com os

fenômenos decorrentes da solidificação.

� grãos com estrutura dendrítica;

� tensões residuais;

� defeitos micro e macroscópicos.

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...considerações sobre:

� Desenho da peçaevitar os defeitos originados com os fenômenos decorrentes da solidificação.

1. Adequação das secções da peça;

2. Espessuras mínimas de paredes;

3. Evitar fissuras de contração;

4. Prever conicidade para desmoldagem.

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...considerações sobre:

� Projeto do modeloevitar os defeitos originados com os fenômenos decorrentes da solidificação.

1. Considerar a contração de solidificação;

2. Eliminar rebaixos;

3. Sobremetal para usinagem;

4. Divisão do modelo;

5. Localização de machos;

6. Localização dos canais de vazamento;

7. Volume de produção.32

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Representação esquemática de modelo e os respectivos canais.

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Moldes não-metálico

Modelos para fundição

Molde

É o recipiente que contém a cavidade ou cavidades, com a forma da peça a ser fundida e no interior

das quais será vazado o metal líquido.

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Terminologia dos sistemas de canais de alimentação.

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Ilustração esquemática de machos (core).

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49Ilustração esquemática do processo de fundição em areia.

50Ilustração esquemática do processo de fundição em areia.

Moldagem em AreiaRequisitos do molde

1. Resistência suficiente para suportar o peso do metallíquido;

2. Suportar a ação erosiva do metal líquido novazamento;

3. Gerar a menor quantidade possível de gás, de modoa evitar a erosão do molde e a contaminação dometal;

4. Facilitar a fuga de gases gerados para a atmosfera.51

Caixa de Moldagem

Estrutura metálica em 02 partes (sup./inf.) com acessórios construtivos

de posicionamento, fixação e centragem.

suportar o socamento da areia na operação de moldagem

a pressão do metal líquido durante a fundição.

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Areia de FundiçãoPrincipais componentes

1. Areia (SiO2) constituinte básico;

2. Argila - aglomerante usual nas “areias sintéticas”;

3. Carvão moído – melhora o acabamento superficial das peças ;

4. Dextrina - aglomerante orgânico, eleva a resistência mecânica à areia secaem estufa (estufada).

5. Farinha de milho gelatinizada - conferi melhor trababilidade à areia.

6. Breu em pó - aglomerante que conferi elevada resistência mecânica da areia.

7. Serragem - atenua os efeitos de expansão.

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Areias de FundiçãoComposições típicas (partes em peso)

Areia verdeAreia = 100

Argila = 20

Água = 4

Areia seca (Estufada)(secas em estufa;150 a 300º C)

Areia = 100

Aglomerantes específicos = 20

Água = 4

Areia cimento (estufada) Areia = 90

Cimento portland = 20

Água = 8

Propriedades típicas analisadas/ensaiadas em laboratório:

Plasticidade e consistência; Moldabilidade; Dureza e resistência mecânicas; Refratariedade; composição, granulométrica, permeabilidade, etc.

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Areia para machos

Machos: são dispositivos que tem por finalidadeformar os vazios, furos e reentrâncias em peças.São colocados nos moldes antes que sejamfechados para receber o metal líquido.

Areia para machos: aditivadas com aglomerantes que conferem elevada

resistência mecânica (dureza).

Cimento Portland/resinas/piche, etc.

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Areias de Fundição/Machos

São preparadas em betoneiras e misturadores especiais.

Aquecidas para secagem em estufas.

São reaproveitadas (98%)

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Caixas utilizadas em fundição.

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Fundição em areia verde.

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Processo de fundição; vazamento de metal líquido em molde.

Processo CO2Princípios do processo

Utilizado para moldes e machos para peças de quaisquer dimensões.

Moldes do tipo convencional, de areia aglomerada com Si2Na (2,5 a 6,0 %).

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Processo CO2Etapas do processo

1. Preparação da areia (mistura de constituintes);

2. Preenchimento e compactação no molde;

3. Insuflamento de C02 – passagem de uma corrente desse gás através domolde, elevando significativamente os níveis de dureza e resistênciamecânica.

C02 + Silicato de Sódio = Sílica-gel + Carbonato de Sódio + Água

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Processo de Moldagem PlenaPrincípios do processo

São empregados modelos de espuma de poliestireno.

Construção de modelos sem restrição dimensionais; baixa densidade(16 kg/m3).

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Processo de Moldagem PlenaEtapas do processo

1. Preparação do modelo (poliestireno);

2. Preenchimento e compactação no molde (baixa pressão demoldagem);

3. Vazamento do metal líquido - há vaporização do poliestireno e opreenchimento do volumeanteriormente ocupado pelo modelo.

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Processo de Moldagem Plena

Vantagens:

1. Simplificação na construção do modelo;

2. Redução ou eliminação do uso de aglomerante misturado na areia;

3. Redução significativa de machos;

4. Mão-de-obra menos qualificada.

Limitações:

1. Geração do gás devido a vaporização;

2. Baixa qualidade no acabamento superficial do produto.

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Ilustração esquemática do processo de moldagem plena.

Processo em Molde MetálicoPrincípios do processo

Fundição em molde permanente e fundição sob pressão.

São utilizados para fundição de um maior número de peças possível .

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Processo em Molde PermanentePrincípios do processo

lingoteiras usadas para fundição de lingotes.

Semiprodutos de forma regular, cilíndrica ou prismática.

Destinados à conformados mecânica.

(fabricados em ferro fundido ou ação).

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Ilustração esquemática de lingoteiras (moldes permanentes para a produção de lingotes).

Processo em Molde PermanenteCaracterísticas do processo

Vantagens:

1. Reaproveitados;

2. Fundição de peças de ferro fundido (até 15 kg) e não ferrosos - ligas

de alumínio (até 300 kg), cobre, magnésio e zinco;

3. Maior uniformidade; melhor acabamento superficial; tolerâncias

dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas em

relação as fundidas em areia;

Limitações:

1. Custo relativamente elevado – limitado a peças de dimensões

relativamente pequenas; fabricação em baixa série (até 500 peças).

2. Limitação a formas complexas (vazamento por gravidade). 72

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Fundição Sob PressãoPrincípios do processo

O metal é forçado a preencher a cavidade do molde - matriz.

Elevados níveis de pressão e de velocidade de enchimento da cavidade possibilitam a fabricação de peças com formas bastante complexas e de espessuras de paredes mais finas.

A matriz construída em duas partes que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido.

Enquanto o metal solidifica, mantêm-se a pressão durante um certo tempo, até que a solidificação se complete.

A seguir a matriz é aberta e a peça é expelida; fecha-se novamente e o ciclo é repetido.

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Moldes metálicos para a produção de peças: fundição sob pressão.

Moldes metálicos para a produção de peças: fundição sob pressão.

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Fundição Sob Pressão Vantagens e limitações

Vantagens:

1. Produção de formas mais complexas que no caso da fundição por gravidade;

2. Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionaismais estreitas;

3. Alta capacidade de produção;

4. Produção de peças praticamente acabadas;

5. Utilização da mesma matriz para milhares de peças, sem variaçõessignificativas nas dimensões das peças produzidas;

6. As peças podem ser tratadas superficialmente, por revestimentossuperficiais, com um mínimo de prepara prévio da superfície;

7. Algumas ligas, como as de alumínio, apresentam maioresresistências que se fundidas em areia.

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Fundição Sob Pressão Vantagens e limitações

Limitações:

1. As dimensões das peças são limitadas (de 5Kg até 25 kg);

2. Pode haver dificuldades de evasão do ar retido no interior da matriz,dependendo dos contornos das cavidades e dos canais (o ar retidoé a principal causa de porosidade nas peças);

3. O equipamento e acessórios são relativamente de elevado custo, demodo que o processo somente se torna econômico para grandesvolumes de produção;

4. O processo, com poucas exceções, só é empregado para ligascujas temperaturas de fusão não são superiores às das ligas a basede cobre. (Ligas de alumínio, de magnésio e de cobre).

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Fundição Sob Pressão Tipos de máquinas

Máquinas de câmara quentePara ligas metálicas que se fundem a uma temperatura baixa e não

ataca o material do cilindro e pistão de injeção

(cilindro é colocado diretamente no banho fundido)

Peças: até 25 kg , produzidas de 50 a 500 peças/h

Máquinas de câmara fria.Para ligas metálicas que se fundem a uma temperatura elevadas e

ataca o material do cilindro e pistão de injeção

(cilindro não é colocado no banho fundido)

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Representação esquemática do processo de fundição sob pressão em câmara quente.

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Representação esquemática do processo de fundição sob pressão em câmara fria.

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Sistema de fundição centrífuga para produção de tubos de ferro fundido.

Fundição por CentrifugaçãoPrincípios do processo

Fundição por CentrifugaçãoPrincípios do processo

Nesse processo o molde tem um movimento de rotação.

A força centrifuga faz com que o metal líquido vá de encontro às

paredes do molde, onde solidifica.

O cilindro que atua como molde é rodeado por uma camisa de

água.

Tubos de ferro fundido, utilizados em suprimento de água, são

produzidos dessa forma.

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Fundição em “Cera Perdida”Princípios do processo

A primeira etapa desse processo consiste em injetar cera na matriz para aconfecção dos modelos.

Esses modelos de cera são conectados a um canal central. Sobre osmodelos é depositada uma pasta refratária, que pode ser constituída porvárias camadas, formando o molde.

Quando o molde endurece, ele é aquecido para que a cera derreta e sejaretirada do molde.

Após a retirada da cera, o metal líquido é vazado no molde.

Após a solidificação do metal ou liga, o molde é quebrado e são retiradasas peças, as quais são separadas do canal central e feito o acabamentofinal.

83 84Etapas de Fundição em “Cera Perdida”

Fundição em “Cera Perdida”Princípios do processo

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Modelo de cera (vermelho) e as peças produzidas.

Fundição em “Cera Perdida”Princípios do processo

Fundição “Shel-mold” em “Casca”Princípios do processo

Existe ainda um outro processo importante, que utiliza areia, é o processo Shell

ou fundição em casca.

Esse processo consiste em utilizar um modelo de material metálico ferroso ou

alumínio, que é aquecido entre 175 e 370oC.

Sobre o modelo é feito um recobrimento de um material como o silicone.

Esse modelo é então colocado dentro de uma caixa com areia e 2,5 a 4% de uma

resina.

A caixa é então movimentada, a areia fica então aderida à superfície do modelo.

Essa “casca” (Shell) é curada por um período curto de tempo e será o molde para

a posterior fundição da peça.

Tem grande aplicação na produção de peças como engrenagens, onde grande

precisão e bom acabamento superficial são necessários.86

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Fundição “Shell-mold” – fundição em casca.

Fundição “Shel-mold” em “Casca”Princípios do processo

Nesse processo o metal (ou liga) fundido escoa emmatrizes, resfriadas com água.

Durante o escoamento esse metal solidifica no formatodessas matrizes (quadrada, retangular, etc.)

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Fundição “Contínua”Princípios do processo

89Fundição “Contínua”.

Fundição “Contínua”

Controle de Qualidade de Peças Fundidas

1. Inspeção visual

(defeito visíveis, resultantes de operações de moldagem,

confecção e posicionamento de machos, de vazamento e limpeza)

2. Inspeção dimensional

(controle estatístico do processo, por amostragem)

3. Vazamento do metal líquido(análise química; exames metalográficos; ensaios mecânicos; ensaios

não-destrutivos)

Montagem do conjunto e avaliações de desempenho funcionais

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Fatores para seleção do processo:

� Quantidade de peças a ser produzidas;

� Projeto de fundição;

� Tolerâncias requeridas;

� Grau de complexidade do semiproduto/produto;

� Especificação do material metálico;

� Acabamento superficial desejado;

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Fatores para seleção do processo:

� Custo do ferramental;

� Comparativo econômico com outros processos;

� Limites financeiros do custo de capital;

� Requisitos de entrega.

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Processos de Fundição

Processos de Fabricação I

Bibliografia/Créditos

Básica:

BRESCIANI FILHO, E. et al. Conformação Plástica dos Metais. 5ª ed. Campinas:

Editora da UNICAMP, 1997.

CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. II: Processos de Fabricação e Tratamento.

2ª ed. São Paulo: Mcgraw-Hill do Brasil, 1998.

FERREIRA, J. M. G. C. Tecnologia da Fundição. Lisboa: Fundação Calouste

Gulbenkian, 1999.

COLPARET, H. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns. 4ª ed. São Paulo:

Blucher, 2008.

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Processos de Fabricação I

Bibliografia/Créditos‘

Complementar:

SHACKELFORD, J. F. Ciência dos Materiais. 6ª ed. São Paulo: Pearson, 2008.

SMITH, W. F. Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. 3ª ed. São Paulo:

McGraw-Hill, 1998.

WIANER, E. Soldagem: Processos e Metalurgia. São Paulo: Editora Blucher, 2002.

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Processos de Fabricação I

Bibliografia/Créditos‘

Sites:

http://www.cimm.com.br/portal/material_didatico/3675 (acesso em fev./2012)

http://www.fundicao.net (acesso em fev./2012)

http://www.grupometal.com.br/imagens/downloads/grupometal03.pdf (acesso em fev./2012)

http://mmborges.com/processos/Conformacao/cont_html/fundicao.htm (acesso em fev./2012)

http://cursos.unisanta.br/mecanica/ciclo6/Fundicao.pdf (acesso em fev./2012)

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