ENGENHARIA DE PRODUÇÃO PROCESSOS DE PRODUÇÃO ( FUNDIÇÃO)

CARLOS ROBERTO FERREIRA

1 - INTRODUÇÃO

É um processo de fabricação de peças metálicas que consiste

essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com

formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

Figura 1 (a) e (b) vazamento de um forno e preenchimento de moldes

O objetivo fundamental da fundição é dar a forma adequada ao

metal, vertendo-o na cavidade de um recipiente denominado molde, o

qual tem a forma desejada, isto é, a forma da peça que se pretende

fabricar. Por vezes é necessário tratar o metal para se alterar a sua

composição química [1].

Deste modo, num passo único, formas simples ou complexas podem

ser feitas de qualquer metal que possa ser fundido.

O produto resultante pode ser optimizado relativamente à

resistência, as propriedades direccionais podem ser controladas, e a

aparência pode ser agradável.

As peças fundidas podem variar desde frações de centímetros e baixo

peso até vários metros e várias toneladas. Este tipo de tecnologia tem sérias

vantagens na produção de formas complexas, peças com secções

côncavas ou com cavidades internas, peças muito grandes e peças feitas

a partir de materiais difíceis de maquinar/usinar. Devido a estas vantagens,

a fundição é um dos mais importantes processos de produção.

2 – VANTAGENS

a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas

desde as mais simples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de

serem obtidos por outros processos;

b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente

pelas restrições das instalações onde são produzidas. Isso quer dizer que é

possível produzir peças de poucos gramas de peso e com espessura de

parede de apenas alguns milímetros ou pesando muitas toneladas;

c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso a

produção rápida e em série de grandes quantidades de peças;

d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados

de acabamentos (mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensional (entre ±

0,2mm e ± 6mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso,

há uma grande economia em operações de usinagem;

e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite

a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Hoje em dia, é quase impossível desenhar qualquer peça que não possa

ser fundida por qualquer tipo de tecnologia de fundição existente. Contudo,

como em todas as técnicas de produção, os melhores resultados a baixo

custo são atingidos se o projetista compreender as várias opções e

desenhar as peças para serem utilizadas pelo processo mais apropriado e

da maneira mais eficiente. Os vários processos diferem primeiramente no

material do molde (areia, metal, ou outros materiais) e no método de

vazamento (gravidade, vácuo, baixa ou alta pressão). Todos os processos

partilham o requisito que o material ao solidificar maximiza as suas

propriedades e simultaneamente previne potenciais defeitos, tais como

macro e micro rechupes, porosidade, inclusões, etc. [2]

3 – ETAPAS DA FABRICAÇÃO DE PEÇAS METÁLICAS POR FUNDIÇÃO

Confecção do modelo. Essa etapa consiste em construir um modelo com o

formato aproximado ao da peça a solidificada fundida. Esse, servirá para a

construção de um molde. O modelo deve ser ligeiramente maior que a peça

original, pois, se deve levar em conta a contração durante solidificação.

(conforme os metais ou ligas a serem fundidas, estas são disponíveis em

tabelas ou ábacos).

Obs. Portanto as dimensões do modelo devem prever a contração do

metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para

posterior usinagem da peça.

Os modelo poderão ser feitos de madeira, alumínio, aço, resina plástica

e até isopor; Modelo (conforme a região): nome dado à peça que servirá para

imprimir no molde ou forma ou negativo do componente a ser fundido.

Figura 2 – Modelo para fundição.

Confecção do molde. O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é

colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material

refratário composto de areia e aglomerante. Esse material é moldado sobre o

modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser

fundida;

Confecção dos machos. Macho é um dispositivo, feito também de areia, que

tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são

colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal

líquido;

Fusão. Etapa em que acontece a fusão do metal;

Vazamento. É o enchimento do molde com o metal líquido;

Desmoldagem. Após determinado período de tempo em que a peça se

solidifica dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do tipo de molde e

do metal (ou liga metálica), ela é retirada do molde (desmoldagem)

manualmente ou por processos mecânicos;

Rebarbação. A rebarbação é a retirada dos canais de alimentação, massalotes

e rebarbas que se formam durante a fundição. Ela é realizada quando a peça

atinge temperaturas próximas do ambiente;

Limpeza. A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de

incrustações de areia usada na confecção do molde. Geralmente ela é feita por

meio de jatos abrasivos.

4 - ETAPAS DO PROCESSO

4.1 - Desenho das peças a serem fundidas.

Ao se projetar uma peça para ser fundida, devem ser levados em conta

os fenômenos que ocorrem na solidificação do metal líquido no interior do

molde, evitando assim os defeitos oriundos do processo. Os fatores

observados pelos técnicos dizem respeito à estrutura do metal (estrutura em

forma de cristais), que aparece assim que o mesmo começa a se solidificar. As

tensões provenientes do resfriamento e a espessura das paredes da peça,

quando não devidamente considerados, podem resultar num produto não

conforme. É preciso dimensionar de maneira proporcional todas seções da

peça, de modo a ocorrer uma variação suave e gradual das espessuras,

eliminando-se cantos vivos e mudanças bruscas de direção.

4.2 - Fabricação do modelo

Para a confecção do modelo é utilizada madeira, plásticos (poliuretano),

metais (alumínio ou o ferrofundido).

Muitas vezes, se utiliza a própria peça como modelo, porém esta passa

por um processo de ajuste tridimensional (geralmente com a aplicação

de diversas camadas de tinta ou resina).

4.3 - Bi-partição do modelo

Fabricam-se dois semi-modelos correspondentes a cada uma das partes

do modelo principal que é necessário fabricar.

Dependendo da geometria, são confeccionados moldes macho e fêmea.

Também pode-se cortar o modelo ao meio, ou para ser imprimido em

duas formas ( atenção na observação da espessura da lâmina de serra

que cortou-o depois de acabado), por isso, é comum confeccionar estes

com sua matéria bruta (antes da formação destes).

Devido ao processo de utilização de dois semi-modelos, em algumas

peças, depois de prontas há uma espécie de marca separando-a em

duas metades, (linha de apartação).

Acabamento do modelo : lixamento e pintura (desmoldante)

5 - Moldagem

A cavidade do molde, tendo a forma e tamanho desejado, tem de ser

produzida tendo em conta as contrações e dilatações, devido à

solidificação do metal. O molde tem de ser capaz de produzir os detalhes

desejados e possuir propriedades refratárias para que não seja afetado

significativamente pelo metal fundido [2].

Observações.

Existem diversos tipos de moldes de fundição (areia, gesso, cerâmicos e

metálicos), descartáveis, recicláveis, mecanizados, manuais, etc

Para a compactação da areia cada semi modelo é colocado numa caixa

de “moldagem”, preenchida e compactada

São retirados os moldelos, e são feitos os canais de respiro e

vazamento. Após este processo são montadas as duas metades, em

cujo interior está o negativo (cavidade) a ser preenchido pelo metal

fundido.

Fig. 3 – Projetista de moldes. Fig. 4 – Obtenção do molde.

Fig. 5 – Desenho 2D do molde.

Vale lembrar que as técnicas de moldagem por máquinas apresentam

ainda problemas de vibração e de ruído.

Obs.

Resinas Sintéticas Para Aglomeração de AreiaResina sintética é um termo genérico de uma classe de substâncias

composição química complexa, alto peso molecular e ponto de fusão

indeterminado.Estes compostos apresentam propriedade e polimerização ou

cura, isto é, fusão de várias moléculas pra formar longas cadeias moleculares.

Ao se polimerizarem, as resinas sintéticas endurecem, formando blocos de

material sólido e quimicamente inerte. A reação de polimerização é

normalmente iniciada por certos reagentes químicos, como ácidos fortes ou

ésteres, ou por condições físicas, como sabor ou radiação.

As resinas sintéticas vêm sendo utilizadas comercialmente nos mais

diversos produtos desde o início do século, quando foi introduzido o material

conhecido como baquelite. Entretanto, foi somente durante a II Guerra Mundial

que a indústria, ao pesquisar alternativas para as matérias-primas tradicionais,

descobriu o imenso potencial de aplicação das resinas sintéticas.

MATÉRIAS-PRIMAS

As principais matérias-primas empregadas na produção de resinas

sintéticas para moldagem em areia são descritas rapidamente a seguir:

Metanol (álcool metílico)

Líquido incolor, tóxico e inflamável, miscível em água, outros álcoois e

éteres. O metanol é o primeiro e o mais simples dos álcoois alifáticos, com

apenas 1 átomo de carbono. Ponto de ebulição: 64,5ºC. Utilizado na produção

de formol, em sínteses químicas e como solvente.

Formol (formaldeído)

Gás à temperatura ambiente, é geralmente misturado à água pra formar

uma solução clara, incolor, irritante, com odor penetrante e forte efeito

lacrimejante. O formol é um aldeído, o primeiro e o mais simples da série

alifática. Utilizado na manufatura de resinas sintéticas por reação com fenol,

uréia, melamina e outros.É utilizado também como intermediário na síntese de

outros produtos químicos e desinfetantes.

Fenol

Sólido, cristalino, incolor, venenoso e corrosivo.É o composto químico

mais simples da série dos fenóis. Ponto de fusão: aproximadamente 42ºC.

Solúvel em água, álcool e éter. O fenol é empregado na fabricação de resinas

para a fundição, resinas para abrasivos e materiais de fricção, aglomerados de

lã de vidro e outras fibras, laminados para decoração, composições especiais

de borracha e plásticos do tipo baquelite.

Uréia

Sólida, cristalina, branca, praticamente inodora e incombustível, com

ponto de fusão a 132,7ºC. É uma das principais matérias-primas para a

produção de resinas uréia-formol. Que são resinas termo fixas de boa

resistência.

Álcool furfurílico (furfurol)

Líquido venenoso, solúvel em álcool e éter, miscível em água, facilmente

resinificável por ácidos.Obtido por reação catalítica do furfural (aldeído

furfurílico). Utilizado como solvente e na produção de resinas sintéticas para

fundição.

Resinas Sintéticas

As resinas sintéticas podem ser classificadas em dois grandes grupos,

de acordo coma sua propriedade final:

Resinas termoplásticas: são resinas que tem a propriedade de

amolecer sob a ação do calor e de enrijecer quando resfriadas, todas as vezes

que for aplicado o calor necessário.

Resinas termoestáveis termofixas: são compostos que ao se

solidificarem (curarem) tornam-se produtos insolúveis, infusíveis, rígidos e

estáveis.Isso significa que a cura não é apenas a evaporação do solvente, ou

seja, a secagem propriamente dita, mas sim o desencadeamento de uma ou

mais reações químicas complexas, como condensação, reticulação,

polimerização, etc. Para que a cura se processe é imprescindível que existia no

sistema um conjunto de condições que possibilitem estas reações, como calor

e pH adequados.As características de insolubilidade e infusibilidade são

inerentes às resinas sintéticas formadas por ligações cruzadas (reticulação).A

estrutura química da resina é controlada de forma a que sua polimerização final

ocorra apenas na utilização da resina na manufatura do produto final. Este é o

principal tipo de resina empregado na indústria de fundição.

As possibilidades de aplicação das resinas para aglomeração de areia

em fundição foram percebidas há muito tempo. Entretanto, os primeiros

sistemas de resinas comerciais surgiram apenas na década de 50. Atualmente,

a aglomeração com resinas sintéticas praticamente substituiu os métodos

anteriores, que sobrevivem apenas para algumas aplicações específicas ou em

regiões economicamente pouco desenvolvidas. No Brasil, a ALBA Química foi

pioneira no lançamento destas resinas, em 1960, e permanece desde então na

liderança deste segmento. A seguir, uma breve descrição das principais resinas

de interesse para a indústria de fundição de metais.

RESINAS FENÓLICAS

Também chamadas resinas fenol-formol ou FF, são resinas sintéticas

termofixas produzidas pela reação de fenol e formol. As primeiras informações

sobre as resinas fenólicas surgiram em 1872, na Alemanha, quando A. VON

Bayer descobriu que o fenol reagindo com o formol originava um produto

resinoso. Em 1907, nos EU, L.H. Baekeland publicou a primeira patente de real

interesse sobre resinas fenólicas. Em 1910, as resinas fenólicas foram pela

primeira vez aplicadas industrialmente na produção de vernizes de isolamento

elétrico. A partir de 1914, a indústria de equipamentos elétricos come ou a

utilizar regularmente estas reinas para a impregnação de papel e tecidos.A

partir de 1920, iniciou-se o desenvolvimento de materiais moldados para a

indústria automobilística e, sobretudo, para a indústria de equipamentos

elétricos.

As resinas fenólicas podem ser produzidas por processo alcalino

ou ácido, em resultado em resinas alcalinas ou resóis e resinas ácidas ou

novolacas.

As resinas resóis caracterizam-se por um excesso de formol em relação

ao fenol e são produzidas com catalisadores alcalinos, do tipo hidróxido de

sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de bário, etc. Uma grande quantidade

de resóis é obtida coma variação da quantidade de formol em relação ao fenol,

cuja relação molar oscila normalmente entre 1/1 e 2/1 (formol/fenol).É possível

também a obtenção de produtos diferentes através de variações dos derivados

fenólicos, dos catalisadores e dos processos de síntese.A temperatura para a

obtenção de resóis varia de 40 a 120ºC, sendo a faixa dos 70-80ºC a mais

utilizada.De forma geral, os resóis são líquidos, podendo também ser obtidos

na forma sólida, quando necessário.

Estas resinas exigem altas temperaturas para cura, acima de 130ºC,

nível em que não necessitam de conversores, uma vez que sua proporção

molecular e seu ambiente já estão em equilíbrio para uma perfeita cura final.

Entretanto, algumas resinas podem ser curadas à temperatura ambiente, coma

adição de conversores especiais, que destroem o inibidor e permitem que a

reação continue até o final, como, por exemplo, as novas resinas ALPHASET e

BETASET> Normalmente, as operações de aplicação, secagem e cura final

são realizadas em curto intervalo e tempo.

O grupo das resinas novolacas é obtido a partir de catalisadores ácidos

e se caracteriza por um excesso de fenol com relação ao formol. As novolacas

são normalmente s’lidas, e diferentes produtos são obtidos pela variação de

mistura com derivados fenólicos, com catalisadores (que podem ser orgânicos

ou inorgânicos) e com pequenas alterações no processo. A relação molar

fenol/formol, que normalmente vai de 1/0, 5 a 1/0, 88, é freqüentemente

alterada para a obtenção de produtos diferentes.

As resinas fenólicas do tipo novolacas podem ser entregues para

consumo tanto na forma sólida quanto em solução em solventes orgânicos.

Estas resinas se caracterizam pela sua excelente estabilidade na

armazenagem. Sua proporção molecular exige a adição de conversores para a

cura final, sendo a hexametilenotetramina (ou hexamina) o conversor mais

empregado. As composições com novolacas podem ser armazenadas por

longo tempo. Exigem altas temperaturas para cura.

Tanto as resinas fenólicas do tipo resol como as novolacas encontram

largo emprego como aglomerantes de areia, bem como na preparação de

revestimentos de machos e moldes para a fundição. Ao selecionar resinas

fenólicas para uma determinada aplicação é necessário observar o grau de

dilutibilidade, a solubilidade, as condições de diluição e a compatibilidade de

resina em relação às funções da aplicação.

RESINAS URÉIA-FORMOL

Também chamadas resinas uréicas ou UF, são resinas termofixas

produzidas pela reação de formol com uréia. Apresentam alta qualidade,

extraordinária versatilidade e baixo custo. Podem ser produzidas com diversas

composições moleculares, puras ou modificadas por outros compostos,

resultando em resinas especiais, como, por exemplo, as modificadas com

álcool furfurílico.

As resinas uréicas contêm nitrogênio, originário da própria uréia, que é

uma amina. Podem ser formuladas com diversas temperaturas de cura, desde

a temperatura ambiente até 200ºC. Para a cura final é necessário secar a

resina pela evaporação do solvente (água) e adicionar um conversor que

destrua a ação dos inibidores e estabilizantes. Resistem bem aos solventes

orgânicos, mas são hidrolisadas por ácidos e bases fortes.

RESINAS FURÂNICAS

São resinas complexas, com três componentes ativos:

Uréia-formol/álcool furfurílico (UF/FA) ou fenol-formol/álcool furfurílico (FF/FA).

São resinas líquidas e termofixas, catalisadas por sistemas ácidos. Resinas

furânicas especiais do tipo novolaca são utilizados em outras áreas técnicas.

Em fundição, utilizam-se os seguintes tipos básicos de resinas:

Resina uréica-furânica (UF/FA): apresenta teor de álcool furfurílico

entre 30 e 80% e vários teores de nitrogênio e água. Tem alta resistência a frio

e é adequada para o uso com alumínio e ferros fundidos de baixa liga. Em

alguns casos, os altos teores de nitrogênio poderão interferir na qualidade final

do fundido, causando porosidades.

Resina fenólica-furânica: apresenta teor de álcool entre 30 e 70%, com

um desempenho ligeiramente inferior à UF/FA em termos de desenvolvimento

de resistência a frio. Entretanto, devido à ausência de nitrogênio, é mais

indicada para o uso com aço, ferro fundido nodular e ferro fundido de alta

resistência.

Resina uréica-fenólica-furânica (UF/FF/FA): apresenta teor de álcool

furfurílico entre 40 e 85%, com baixos teores de nitrogênio, apesar de manter

um bom desenvolvimento de resistência a frio.É adequada para ferro fundido

de alta resistência, ferro fundido nodular e aço.

CONVERSORES

São compostos auxiliares utilizados em conjunto com as resinas

sintéticas para promover sua polimerização ou cura. Há sempre um conversor

adequado para cada situação específica de produção.

De forma geral, as resinas fenólicas novolaca de cura a quente utilizam

como conversor a hexamina, que, pela ação do calor, se desdobra em

amoníaco e formol, promovendo a reação de cura.

De forma geral, as resinas de cura a frio utilizam como conversores

alguns ácidos fortes. Os ácidos mais freqüentemente utilizados com resinas

furânicas são o ácido fosfórico, o ácido paratolueno sulfônico (PTSA) e o ácido

xileno sulfônico (XSA).

O ácido fosfórico e suas misturas são recomendados para uso apenas

com resinas do tipo uréica-furânica. A recuperação da areia geralmente não é

possível com estes conversores, devido à formação de fosfatos na areia, o que

resulta em resistência final inferior e absorção de fósforo pelo metal.Os ácidos

paratolueno sulfônico e xileno sulfônico podem ser usados com todos os tipos

de resinas furânicas. São altamente recomendados do ponto de vista da

recuperação de areia, devido à facilidade de decomposição coma resina

durante o vazamento do metal.

Os sistemas mais avançados de moldagem pelo processo cura a frio

utilizam resinas curadas por ésteres.

PROCESSO DE CURA A FRIO (NO-BAKE/COLD-

SET)

RESINAS CONVENCIONAIS

Neste processo, a resina aglomerante de areia solidifica-se à

temperatura ambiente, quando exposta a um conversor ácido.A cura é

exotérmica. A retirada do macho da caixa pode ser feita em poucos minutos à

temperatura ambiente; a resistência máxima é atingida em 4 ou 5 horas

aproximadamente. Os moldes e machos produzidos por este sistema

apresentam boa precisão dimensional e boa fluidez da areia. Este sistema faz

uso de resinas furânicas e fenólicas e não requer qualquer equipamento

especial.

Suas principais vantagens são a facilidade de produção, boa remoção

dos machos, excelente acabamento superficial e excelente estabilidade

dimensional dos machos e moldes.Não há necessidade de compactação ou

compressão da areia nas caixas de machos.Basta verter a areia nas caixas.

Devido à alta resistência dos machos produzidos com resinas furânicas, não

são necessárias armações reforçadas.Em muitos casos, são usados apenas os

tirantes necessários à movimentação dos machos.Os machos produzidos

apresentam boa colapsibilidade, e a areia pode ser removida rapidamente dos

fundidos.Dependendo das dimensões, o macho poderá ser extraído da caixa

num lapso de 15 a 60 minutos.

O teor de resina empregado neste processo está na caixa de 1,2 a

1,5%, do peso da areia. A concentração do conversor normalmente varia entre

20 e 30% do peso da resina, dependendo da vida útil da mistura, do tempo de

cura desejado e da temperatura ambiente.

A umidade da areia é um dos fatores que causam o retardamento

da cura.Recomenda-se usar areia seca e limpa, isenta de argila, carbonatos,

calcários e outras impurezas. Qualquer que seja o tipo de equipamento

utilizado para a mistura, é importante que esteja limpo. Contaminações com

outros tipos de resinas ou conversores podem causar efeitos indesejáveis.

Precauções: No manuseio dos conversores ácidos, deverão ser

tomadas todas as precauções usuais para líquidos corrosivos, uma vez que

estes conversores são à base de ácidos concentrados.Evitar contatos com a

pele.Utilizar recipientes de plástico, vidro ou louça para a armazenagem,

evitando recipientes metálicos.

5. 1 - Caixas para moldagem

São armação metálica ou de outro material resistente usado para

conter, sustentar e manter a areia utilizada na realização de um molde.

 

Fig. 6 – Caixas de moldação.Fig. 7– Lavagem das caixas de moldação.

As caixas, durante o processo, são submetidas a grandes esforços

logo, para satisfazer estas exigências devem ser reunidas várias

qualidades:

Resistência: para suportar impactos durante todo o ciclo (batidas

e compactação);

Peso: devem ter o peso ideal para facilitar o manuseamento e

economizar energia [8].

A moldação pode ser obtida por vários processos, que diferem entre si,

principalmente, na forma como é feita a compactação da areia de moldação em

redor da placa molde.

Os métodos de compactação da areia /execução da moldação mais

utilizados são o processo sacudidela e aperto (Jolt-squeeze), o processo

Disamatic e a moldação por impacto.

5.2 - Sacudidela e aperto (Sistema Jolt-Squeeze)

Neste sistema a compactação consegue-se através de 2 efeitos

consecutivos (figura 8):

1. Movimentos bruscos de subida e descida da caixa de moldação em

simultâneo com a operação de enchimento da areia, em que a súbita

desaceleração provoca uma forte compactação da areia em redor do molde

(Sacudidela);

2. Compressão da areia já compactada através de uma prensa (Aperto).

Embora não seja um processo de

grande precisão, nem se consigam cadências de produção muito elevadas, a

simplicidade do processo, os baixos custos do equipamento e ferramentas

(caixas de moldação e placas molde), bem como os de operação, tornam este

processo de compactação o mais utilizado pelas fundições de areia verde [4]

5.3 - Processo Disamatic

Este processo é muito importante pois, contrariamente aos outros

processos de fundição em areia verde, este não utiliza caixas de moldação

mas apenas areia.

Fig. 8 – Compactação “Jolt Squeeze”.

Fig. 9 – Máquina “Jolt Squeeze”.

Descrição do processo:

Inicialmente, a areia é colocada numa cavidade, entre as duas placas

molde, quando a porta basculante se encontra fechada (passo 1).

Seguidamente o pistão exerce

uma pressão sobre a porta basculante, comprimindo a areia (passo 2). Isto

leva à formação de um bloco de areia com uma determinada forma de

cada lado do bloco,

resultante do desenho das

placas molde (a).

A porta basculante recua horizontalmente e depois verticalmente,

para permitir a saída do bloco de areia da cavidade (passo 3).

Passo 1

Passo 2

(a)

Passo 3

Passo 4

O pistão movimenta-se horizontalmente, empurrando o novo bloco de

areia, juntando-o à fila de blocos já existente. Este conjunto transforma-se

assim em moldes onde vai ser posteriormente vazado o metal líquido

(passo 4).

As duas placas molde retornam à posição original, para o processo se

repetir (passo 5). Não é possível vazar o metal quando só existe apenas um

bloco de areia, pois este por si só não forma uma cavidade de moldação (b).

Quando os blocos de areia se encontram alinhados formam, dois a dois

o molde onde vai ser vazado o metal líquido, dando origem ao fundido (passo

6) [13].

5.4 - Moldação por impacto

A moldação por impacto é o sistema mais recente de moldação em areia

verde. Neste sistema, após o enchimento da caixa de moldação com areia,

é aplicado um impulso de ar comprimido à superfície da areia, a uma

pressão de cerca de 4 bar, não sendo utilizado nenhum outro processo de

compactação (Figura 10). O sistema dá origem a uma densidade de areia

Passo 5(b)

Passo 6

muito elevada na zona em contacto com o molde, a qual diminui à medida

que aumenta a distância ao molde. Com esta característica, a moldação

apresenta uma resistência mecânica excelente na zona que ficará em

contacto com o fundido, condição necessária à obtenção de peças de boa

precisão dimensional e geométrica. A diminuição da densidade da mistura

ao longo da parede da moldação vai por sua vez conduzir a melhorias

substanciais no que se refere à permeabilidade da mesma.

Pelos mesmos motivos que os apresentados para o processo Disamatic

(elevados custos) e acrescentando ainda o custo elevadíssimo das caixas de

moldação, a moldação por impacto está essencialmente vocacionada para a

obtenção de médias e grandes séries de peças de dimensão média [4].

As superfícies do molde devem respeitar ângulos mínimos em relação

ao modelo, com o objetivo de não danificar os formatos tomados pela areia

durante a extração da peça que serve como modelo. Este ângulo é

denominado ângulo de saída.

5.5 - Molde Metálico

Os processos que empregam moldes metálicos são:

Fundição em Molde Permanente;

Fundição sob pressão.

5.6 - Moldes Permanentes

A aplicação mais conhecida é a da fundição de "lingotes",. Os moldes

nesse caso, serão chamados de "lingoteiras".

6 - Fabricação do “macho” - macharia

O macho, no processo de moldagem, tem a função de formar uma

seção cheia onde o metal não everá penetrar, de modo que depois de fundida,

a peça apresente um vazio naquele ponto. A localização dos achos é dada em

função do tipo e da forma como a peça vai ser produzida (moldagem manual,

moldagem m placas, moldagem mecânica). A figura (11) seguinte ilustra um

exemplo simples de uma peça já acabada e o papel do macho antes de sua

fundição.

.

Fig. 10 – Moldação por impacto.

Figura 11- Representação esquemática de um processo de moldagem

O macho é um elemento refratário colocado no molde para definir uma

cavidade ou espaço vazio no fundido final.

Um vez que o material irá fluir em volta do macho ele tem de ser

mecanicamente forte durante o vazamento e ainda tornar-se quebradiço

após o vazamento e o resfriamento, permitindo assim, uma facil

remoção da peça fundida.

A areia para a fabricação do macho é preparada em um misturador

através da mistura de areia de silica com um ligante orgânico tal como o

óleo de linhaça e amido ou dextrina.

6.1 - Colocação do Macho

Geralmente os machos são fabricados com areias mais finas e

misturadas com materiais que proporcionam uma compactação maior

(Existem algumas argilas específicas).

Um exemplo do uso de machos: blocos de motores, onde existe a

necessidade de preservar os condutos de lubrificação e de passagem de água

para resfriamento.

7 - Molde em areia seca

Molde se consolida em altas temperaturas (entre 200 e 300° C). Método

utilizado para aumentar a resistência mecânica e a rigidez da forma de

fundição.

Processo permite a modelação de peças de grandes dimensões e

geometrias complexas. A precisão dimensional é boa e o acabamento

superficial é bom, pois o corrugamento das peças causado pela areia é

bem menor.

8- Moldagem em areia verde

O processo de moldação em areia verde é responsável por mais de

60 % da produção mundial de fundidos [3].

Uma moldação em areia é normalmente constituída por 2 meias

moldações, embora para peças de geometria complexa, possa ser

necessário utilizar mais do que um plano de apartação. Excetuando estes

casos, bem como a fundição de peças de grandes dimensões ou pequenas

quantidades de peças para as quais é utilizada a moldação manual, o

processo é normalmente mecanizado.

Cada meia moldação é obtida através da compactação de areia de

moldação em redor de um molde/placa molde, no interior de uma caixa

metálica. Os processos utilizados para compactação do molde são sacudidela

e aperto (jolt squeeze), impacto ou Disamatic.

Após esta operação efectua-se a separação/extracção do molde/placa

molde (desmoldação), obtendo-se uma cavidade na areia destinada a receber

o metal líquido.

Se o fundido tiver secções ocas, cilíndricas ou de outras formas

variadas é necessário a utilização de machos. Estes são elaborados em

areia mais endurecida (esta areia é endurecida por aquecimento ou

quimicamente).

8.1 - Circuito de fundição em areia verde.

Figura 12 Representação esquemática de um circuito de produção de peças fundidas

Etapas do Processo de Preparação do Molde

I. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão.

O modelo, coberto com talco ougrafite para evitar a aderência da areia, é então

colocado no fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo

manualmente ou com o auxílio de marteletes pneumáticos;

Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o molde

fique para cima;

Outra caixa de moldar, chamada caixa-tampa, é então posta sobre a

primeira caixa. Em seu interiorsão colocados o massalote e o canal de descida.

Enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente

cheia;

O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas;

Abre-se o copo de vazamento na caixa tampa;

Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa fundo e

retira-se o modelo;

Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na

outra, usam-se presilhas ou grampos.

Depois disso, o metal é vazado e após a solidificação e o resfriamento, a

peça é desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém-se assim, a

peça fundida, que depois é limpa e rebarbada.

Para que um produto fundido tenha a qualidade que se espera dele, os

moldes devem apresentar as seguintes características essenciais:

a) Resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido;

b) Resistência à ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante

o vazamento;

c) Mínima geração de gás durante o processo de vazamento e

solidificação, a fim de impedir a contaminaçãodo metal e o rompimento do

molde;

d) Permeabilidade suficiente para que os gases gerados possam sair

durante o vazamento do metal;

e) Refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de fusão

dos metais e que facilite a

desmoldagem da peça;

f) Possibilidade de contração da peça, que acontece durante a

solidificação.

9 - Modelo de cera descartável em moldes para microfusão

Modelos de cera descartável, normalmente são utilizados para

modelagens delicadas das peças que precisam de acabamento fino.

Estes processos são chamados também de microfusão. Sua fabricação

consiste num modelo em cera ou plástico de baixo ponto de fusão.

Em seguida a peça em cera ou plástico é inserida no material que a

recobrirá, formando assim o molde preenchido com o modelo.

A granulação do material do molde que recobre o modelo deve ser fina

para dar um melhor acabamento na peça fundida. Após a formação do

molde preliminar, este material é recobreto por outro de granulação

maior com a finalidade de proporcionar rigidez mecânica ao conjunto

que terá a cavidade preenchida com o material liquefeito.

Um detalhe importante deste sistema de confecção do molde, é que

uma vez completo, o modelo não é retirado de seu interior, ele é

derretido.

A principal vantagem deste sistema é a ausência de machos e de

superfícies de junta, ficando a peça com acabamento fino.

10. Molde coquilha

Ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de molde fixo e

maciço chamado "coquilha”. Trata-se de um sistema onde o metal

fundido ou é derramado por gravidade ou é injetado através de

equipamento pneumático ou hidráulico em cavidades mecânicas

(negativo) ou formas de metal maciço não aderente à liga fundida.

A vantagem é a rapidez de injeção, resfriamento e extração da peça

pronta.

A desvantagem da coquilha é a geometria limitada das peças a serem

fundidas.

11- Fundição por injeção

Basicamente obedece ao mesmo processo da coquilha, porém o molde é

mecanizado. Existem menos restrições à geometria das peças, pois o molde é

fabricado por processos como eletroerosão, por laser, entre outros, que dão

excelente acabamento.

12 - Fundição sob pressão

Consiste em forçar o metal líquido a penetrar na cavidade do molde,

chamado de matriz. A matriz, de aço ferramenta tratado termicamente, é

geralmente construída em duas partes hermeticamente fechadas no momento

do vazamento do metal líquido. O metal é bombeado na cavidade da matriz

sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos os seus espaços e

cavidades. A pressão é mantida até que o metal sesolidifique. Então, a matriz é

aberta e a peça ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente.

Figura 13- Siatemas de injeção sob pressão

Muitas matrizes são refrigeradas a água. Isso é importante para evitar

superaquecimento da matriz, afim de aumentar sua vida útil e evitar defeitos

nas peças.

Para realizar sua função, as matrizes têm que ter resistência suficiente

para agüentar o desgasteimposto pela fundição sob pressão, e são capazes de

suportar entre 50 mil e 1 milhão de injeções.

12.1 - Máquinas de Fundição sob Pressão

A fundição sob pressão é automatizada e realizada em dois tipos de

máquina:

• Máquina de câmara quente;

• Máquina de câmara fria.

Em princípio, o processo de fundição sob pressão realizado na máquina

de câmara quente utiliza umequipamento no qual existe um recipiente aquecido

onde o metal líquido está depositado. No seu interior estáum pistão hidráulico

que, ao descer, força o metal líquido a entrar em um canal que leva

diretamente à matriz.

A pressão exercida pelo pistão faz com que todas as cavidades da

matriz sejam preenchidas,formando-se assim a peça. Após a solidificação do

metal, o pistão retorna à sua posição inicial, mais metal líquido entra na

câmara, por meio de um orifício, e o processo se reinicia. Uma representação

esquemática desse equipamento é mostrada abaixo.

Figura 14 – Representação de um sistema de molde usado sob pressão

Essa máquina é dotada de duas mesas: uma fixa e outra móvel. Na

mesa fixa ficam uma das metadesda matriz e o sistema de injeção do metal.

Na mesa móvel localizam-se a outra metade da matriz, o sistema de extração

da peça e o sistema de abertura, fechamento e travamento da máquina.

Ela é usada quando o metal líquido se funde a uma temperatura que não

corrói o material do cilindro e do pistão de injeção, de modo que ambos

possam ficar em contato direto com o banho de metal.

Se a liga se funde a uma temperatura mais alta, o que prejudicaria o

sistema de bombeamento (cilindro e pistão), usa-se a máquina de fundição sob

pressão de câmara fria, empregada principalmente para fundir ligas de

alumínio, magnésio e cobre.

O princípio de funcionamento desse equipamento é o mesmo. A

diferença é que o forno que contém o metal líquido é uma unidade

independente, de modo que o sistema de injeção não fica dentro do banho de

metal. Veja representação esquemática abaixo.

Figura 15 - Representação esquemática de um sistema de injeção de metal

sob pressão.

12.2 - Resumo

Consiste em forçar o metal liquido sob pressão, a penetrar na cavidade

do molde, chamado matriz (metálica, permanente).

Devido à pressão e a consequente alta velocidade de enchimento da

cavidade do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de

formas bastante complexas e de paredes mais finas do que os

processos por gravidade permitem.

A matriz é geralmente construída em duas partes, que são

hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido.

Ela pode ser utilizada fria ou aquecida à temperatura do metal líquido, o

que exige materiais que suportem essas temperaturas

simultaneamente, produz-se alguma rebarba. Enquanto o metal

solidifica, é mantida a pressão durante um certo tempo, até que a

solidificação se complete.

A seguir, a matriz é aberta e a peça é expelida. Procede-se, então, a

limpeza da matriz e a sua lubrificação. Fecha-se novamente e o ciclo é

repetido.

12.3 - Principais Vantagens

Produção de formas mais complexas do que no caso da fundição por

gravidade;

Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionais

mais estreitas;

Alta capacidade de pordução;

Produção de peças quase que acabadas;

Utilização da mesma matriz para milhares de peças, sem variaçãoes

significativas nas dimensões das peças produzidas;

As peças fundidas sob pressão podem ser tratadas superficialmente por

revestimentos superficiais, com um mínimo de preparo prévio da

superfície;

Algumas ligas, como a de Alumínio, apresentam maiores resistências do

que se forem fundidas em areia.

12.4 - Principais Desvantagens

As dimensões das peças são limitadas - normalmente seu peso é

inferior a 5kg; raramente ultrapassa 25kg;

Pode haver dificuldade de evasão do ar retido no interior da matriz

dependendo dos contornos das cavidades e dos canais; o ar retido é a

principal causa de porosidade nas peças fundidas;

O equipamentos e os acessórios, são relativamente caros, de modo que

o processo somente se torna econômico para grandes volumes de

produção;

Processo com poucas excessões, só é empregado para ligas cujas

temperaturas de fusão não são superiores às da liga de cobre.

13- Fundição por centrifugação

O processo consiste em vazar-se metal líquido num molde dotado de

movimento de rotação, de modo que a força centrífuga origine uma

pressão além da gravidade, que obriga o metal líquido ir de encontro

com as paredes do molde onde aquele se solidifica.

A máquina empregada, consiste essencialmente de um molde metálico

cilíndrico, montado em roletes, de modo que nele se possa aplicar o

movimento de rotação. Esse cilindro é rodeado por uma camisa de água

estacionária, montada por sua vez, em rodas, de modo a permitir que o

conjunto se movimente longitudinalmente.

14 - Fundição de Precisão

Quando se quer produzir um produto fundido com peso máximo de 5 kg,

formato complexo, melhor acabamento de superfície e tolerâncias mais

estreitas em suas medidas, ou seja, um produto com características aliadas à

qualidade do produto usinado, será necessário usar o processo de fundição de

precisão.

Por esse processo, pode-se fundir ligas de alumínio, de níquel, de

magnésio, de cobre, de cobreberílio,de bronze-silício, latão ao silício, ligas

resistentes ao calor, além do aço e do aço inoxidável para a produção de peças

estruturais para a indústria aeronáutica, para motores de avião, equipamentos

aeroespaciais, de processamento de dados, turbina a gás, máquinas

operatrizes, equipamentos médicos,odontológicos, ópticos, etc.

A fundição de precisão se diferencia dos outros processos exatamente

na confecção dos modelos e dos moldes. Enquanto nos processos por

fundição em areia, o modelo é reaproveitado e o molde é destruído após a

produção da peça, na fundição de precisão tanto o modelo quanto o molde são

destruídos após a produção da peça.

Neste caso, os modelos para a confecção dos moldes são produzidos

em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com

formato e dimensões da peça desejada.

A cera é um material que derrete com o calor. E é no estado líquido que

ela é injetada dentro da matriz para formar os modelos.

O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita com

sílica ou zirconita, na forma deareia muito fina, misturada com um aglomerante

feito com água, silicato de sódio e/ou silicato de etila. Essa lama endurece em

contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado.

Quando a lama,endurece em voltado modelo forma-se um molde rígido. Após o

endurecimento da pasta refratária, o molde éaquecido, o modelo derretido, e

destruído.

Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que o metal

líquido é vazado. Assim que apeça se solidifica, o modelo é inutilizado. Por

causa das características deste processo, ele também pode ser chamado de

fundição por moldagem em cera perdida.

Resumindo, a fundição por moldagem em cera perdida apresenta as

seguintes etapas:

I. A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo

e dos canais de vazamento;

II. Os modelos de cera endurecidos são montados no canal de

alimentação ou vazamento;

III. O conjunto é mergulhado na lama refratária;

IV. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e

escoam;

Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para

que as peças sejam retiradas;

As peças são rebarbadas e limpas;

Os processos de fundição por precisão utiliza um molde obtido pelo

revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa

refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante a um

adequado aquecimento.

Uma vez que essa pasta refratária foi endurecida, o modelo é

consumido ou inutilizado. Tem-se assim uma casca endurecida que

constitui o molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes

à peça que se deseja produzir.

14.1 - Principais Vantagens e desvantagens

Possibilidade de produção em massa de peças de formas complicadas

que são ddifíceis ou impossíveis de obter processos convencionais de

fundição oupor usinagem;

Possibilidade de reprodução de pormenores precisos, cantos vivos,

paredes finas etc.;

Obtenção de maior precisão dimensional e superfícies mais macias;

Utilização de praticamente qualquer metal ou liga;

As peças podem ser produzidas praticamente acabadas, necessitando

de pouca ou nenhuma usinagem posterior, o que torna mínima a

importância de adotarem-se ligas fáceis de usinar;

O processo permite um rigoroso controle do tamanho e contornos dos

grãos solidificação direcional e orientação granular, o que resulta em

controle mais preciso das propriedades mecânicas;

O processo pode adotar fusão sob atmosfera protetora ou sob vácuo, o

permite a utilização de ligas que exijam tais condições.

As dimensões de peso são limitados, devido a considerações

econõmicas e físicas, e devido à capacidade do equipamento disponivel.

O peso recomendado dessas peças não deve ser superior a 5kg.

O investimento inicial para peças maiores(de ~5kg a 25kg)é muito

elevado.

14.2 - Etapas do processo de fundição de precisão pelo sistema de cera

perdida

A partir da matriz:

1) A cera é injetada no interior da matriz para confecção dos modelos;

2) Os modelos de cera endurecida são ligados a um canal central;

3) Um recipiente metálico é colocado ao redor do grupo de modelos;

4) O recipiente é enchido com uma pasta refratária (investimento), para

confecções do molde;

5) Assim que o material do molde endurecer, pelo aquecimento, os

modelos são derretidos e deixam o molde;

6) O molde aquecido é enchido do metal líquido, sob ação de pressão,

por gravidade, a vácuo ou por intermédio da força centrifuga:

7) O material do molde é quebrado e as peças fundidas são retiradas;

8) As peças são separadas do canal central e dos canais de

enchimento, esmerilhadas.

15 - Fundição Usando o Método “Shell Molding”

O uso de resinas foi um grande aperfeiçoamento na utilização de areia

para a produção de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser

compactada porque o aglomerante, que é como uma espécie de cola, tendo a

função de manter juntos os grãos de areia. E isso é feito de dois modos: a

quente e a fria.

O processo “Shell Molding” (Moldagem de Casca) é realizado da

seguinte maneira:

I. Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, são

fixados em placas, juntamentecom os sistemas de canais e os alimentadores;

II. A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até

atingir a temperatura de trabalho(entre 200 e 250oC);

III. A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura

de areia/resina de modo que omodelo fique envolto por essa mistura;

IV. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura,

após algum tempo (± 15segundos), forma uma casca (“Shell”) com a

espessura necessária (entre 10 e 15mm) sobre o modelo;

V. A “cura” da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa

quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450oC;

VI. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de

pinos extratores.

Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma

metade do molde. Para obter omolde inteiro, é necessário colar duas metades.

Esse processo de moldagem permite que os moldes e machos sejam

estocados para uso posterior.

Além disso, ele fornece um bom acabamento para a superfície da peça,

alta estabilidade dimensional para omolde, possibilidade de trabalhar com

tolerâncias mais estreitas, facilidade de liberação de gases durante

asolidificação. É totalmente mecanizado e automatizado e é adequado para

peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das peças é feita por

gravidade.

A maior desvantagem deste processo é o custo mais elevado em

relação à moldagem em areia verde.

Outra maneira de se obter o endurecimento ou “cura” da resina sem a

utilização do calor, é o processo de“cura” a frio no qual a resina empregada se

encontra em estado líquido. Para que a reação química seja desencadeada

adiciona-se um catalisador a mistura de resina com areia limpa e seca. Essa

mistura é feita, pormeio de equipamentos, na hora da moldagem e deve ser

empregada imediatamente porque a reação química de cura começa a se

desenvolver assim que a mistura está pronta. O processo é o seguinte:

a) Os modelos, que podem ser feitos de madeira, são fixados em caixas;

b) A mistura areia/resina/catalisador é feita e continuamente despejada e

socada dentro da caixa, demodo garantir sua compactação;

c) A reação de “cura” inicia-se imediatamente após a moldagem e se

completa algumas horas depois;

d) O modelo é retirado girando-se a caixa 180o C ;

e) O molde é então pintado com tintas especiais para fundição. Estas

têm duas funções: aumentar aresistência do molde às tensões geradas pela

ação do metal líquido, e dar um melhor acabamento para a superfície da peça

fundida;

f) O molde é aquecido com maçarico ou é levado para um estufa para

secagem da tinta. Com esse processo, os fundidores obtêm moldes mais

rígidos para serem usados na produção depeças grandes e de formatos

complicados com bom acabamento de superfície. O vazamento do metal é feito

por gravidade.

A “cura” a frio é um processo de moldagem mais caro quando

comparado aos outros processos que usam areia. Além disso, os catalisadores

são compostos de substâncias ácidas e corrosivas, que exigem muito cuidado

na manipulação porque são muito tóxicas.

16 - Moldes Permanentes

Dependendo do trabalho que se quer realizar, da quantidade de peças a

serem fundidas e, principalmente, do tipo de liga metálica que será fundida, o

fabricante tem que fundir suas peças em outro tipo de molde: os moldes

permanentes, que dispensam o uso da areia e das misturas para sua

confecção.

Os processos de fundição por molde permanente usam moldes

metálicos para a produção das peças fundidas.

Por esses processos realiza-se a fundição por gravidade ou pressão.

Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um

novo molde a cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico

permite a fundição de até 100 mil peças. Um número tão impressionante

deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos os processos de fundição.

A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com

temperatura de fusão mais baixas do que o ferro e o aço. Esses metais são

representados pelas ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio, certos

bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo dessa restrição é que

as altas temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo, danificariam os

moldes de metal.

Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido ligado,

resistente ao calor e às repetidas mudanças de temperatura. Moldes feitos de

bronze podem ser usados para fundir estanho, chumbo e zinco.

Moldes metálicos para a produção de peças.

Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de

máquinas, blocos de cilindros de compressores, cabeçotes, bielas, pistões e

cabeçotes de cilindros de motores de automóveis, coletores de admissão.

Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de

areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento de superfície,

tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas.

Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho

pequeno e produção em grandes quantidades, os moldes permanentes nem

sempre se adaptam a todas as ligas metálicas e são mais usados para a

fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas

complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da

peça após o processo de fundição.

Para fundir peças em moldes metálicos permanentes, pode-se vazar o

metal por gravidade. Nesse caso, o molde consiste em duas ou mais partes

unidas por meio de grampos para receber o metal líquido. Isso pode ser feito

manualmente.

A montagem dos moldes também pode ser feita por meio de dispositivos

mecânicos movidos porconjuntos hidráulicos, que comandam o ciclo de

abertura e fechamento dos moldes.

Tanto os moldes quanto os machos são cobertos com uma pasta

adesiva rala feita de materialrefratário cuja função, além de proteger os moldes,

é impedir que as peças grudem neles, facilitando a desmoldagem. A fundição

com moldes metálicos também é feita sob pressão. Nesse caso o molde

chama-se matriz.

16 - Processo de Fundição com Areia Aglomerada com resina de cura a

frio

Este processo apresenta uma mistura de areia de sílica com um ligante

reativo (resina) e um catalisador, que são misturados antes da moldagem; A

reação de endurecimento (polimerização), ocorre sem nenhum outro

tratamento, com o molde endurecendo-se num determinado período de tempo

a temperatura ambiente, em função do tipo e quantidade de catalisador (são os

aceleradores da reação).

Tipos de resinas utilizadas: Lino Cure, Furanica, Fenólica, Alquídica.

Tipos de catalisadores utilizados: ácido Fosfórico, ácido Tolueno

sulfônico, ácido orgânicos.

17 - DRENOS

Quando o material fundido preenche as cavidades, é necessário que

haja uma pequena sobra deste para expulsar o ar e possíveis

contaminações. para possibilitar a drenagem do material..

18- COLOCAÇÃO DE CANAIS DE VAZAMENTO

A figura seguinte mostra a disposição dos canais antes mencionados e a

nomenclatura utilizada.

Observe que ocorre uma região de estrangulamento no final do canal de

descida. Ela tem a função de diminuir a pressão do metal líquido quando este

penetrar dentro do molde, permitindo um enchimento mais homogêneo

Figura 16 - Representação esquemática de um sistema para vazamento de

metal líquido no interior de um molde para fundição.

18 - Vazamento

O fator mais importante que afeta a fluidez do metal fundido é a

temperatura de vazamento ou a quantidade de sobreaquecimento,

embora, a temperatura e o intervalo de arrefecimento sejam também

fatores importantes que afetam a fluidez. Quanto mais alta for a

temperatura de vazamento, mais elevada é a fluidez. Contudo, auma

temperatura excessivamente alta, as reações do metal são aceleradas e a

penetração em pequenos vazios é possível, entre as partículas da areia

no molde, que deixará partículas embutidas na peça de fundição,

traduzindo-se num defeito mecânico.

Fig. 17 – Vazamento na linha de moldagem

A técnica de vazamento tem de ser projetada para introduzir o

metal fundido no molde. Têm de ser tomadas precauções para a liberação

do ar e dos gases no molde antes do vazamento e aqueles que são

gerados pela secção do metal quente que entra no molde. O metal fundido

pode então encher completamente a cavidade, produzindo um fundido de

qualidade, visto que é denso e não tem defeitos [2].

19 - Resfriamento e solidificação

O processo de solidificação deve ser desenhado e controlado

convenientemente. Devem ser tomadas precauções para que o molde não

apresente muitas restrições às contracções que acompanham o

arrefecimento do metal sólido. Se não, o fundido irá fraturar quando

estiver a solidificar e a sua resistência será baixa.

Em adição, o desenho do fundido tem de ser tal que a solidificação

e as contrações de solidificação podem ocorrer sem produzir porosidade

interna ou rechupes.

Depois do metal fundido ser vazado para o molde, uma série de eventos

toma lugar durante a solidificação do fundido e o seu arrefecimento até à

temperatura ambiente. Estes eventos influenciam muito o tamanho, forma e

uniformidade dos grãos formados durante a solidificação que influenciam

as suas propriedades gerais. Os fatores significantes que afectam estes

eventos são o tipo de metal, as propriedades térmicas do metal e do

molde, as relações geométricas entre o volume e a área de superfície do

fundido e a forma do molde. Como exemplo considera-se um metal puro

que tem um ponto de fusão e solidificação bem definidos. O alumínio

puro solidifica aproximadamente a 600ºC, o ferro a 1537ºC e o tungsténio

a 3410ºC.

Quando a solidificação acaba o arrefecimento começa. O metal

solidificado, que agora se dá pelo nome de fundido, é retirado do molde e

arrefecido até à temperatura ambiente [2].

20 - Estrutura de grão

Nas paredes do molde, o metal arrefece rapidamente devido a estas

estarem à temperatura ambiente. O arrefecimento rápido produz um pele

sólida, e grãos equiaxiais. Os grãos crescem na direção oposta onde se

dá a transferência de calor do molde para o exterior. Estes grãos que têm

orientação favorável crescem preferencialmente e são denominados grãos

colunares. À medida que a transferência de calor diminui nas paredes do

molde, os grãos começam a ficar equiaxiais e grosseiros.

O desenvolvimento dos grãos é conhecido como nucleação

homogénea, que significa que os grãos (cristais) crescem em cima de

outros, começando pelas paredes do molde [2].

21- Contrações

Fig. 18 – Estrutura do grão de um metal puro de fundição.

Devido à suas características de expansão térmica, os metais

contraem durante a solidificação e arrefecimento. As contracções causam

modificações dimensionais e por vezes ruptura, como resultado de:

Contracção do molde de metal que arrefece antes da solidificação;

Contracção do metal durante a mudança da fase líquida para sólida;

Contracção do metal solidificado (fundido) quando a temperatura

baixa para a temperatura ambiente.

A maior contracção ocorre durante o arrefecimento do fundido.

22- Desmoldagem

Após resfriado e solidificado o material fundido, é executada a retirada

da peça do molde. (Areia dos machos e da peça, esta pode ser

reaproveitada em outros moldes de fundição, desde que não tenha sido

contaminada por nenhum elemento que venha a causar alguma reação.

Erro comum nas fundições é a contaminação de determinados materiais

em sua superfície por outros que ficaram dispersos na areia.

23 - Limpeza, rebarbagem

Depois do fundido ser removido do molde, várias operações de

limpeza, acabamento e inspecção podem ser necessárias de serem realizadas.

O material externo que está encostado onde o metal entrou na cavidade,

excessos na linha de apartação e material do molde que está nas faces do

fundido tem de ser todo removido.

Devido aos moldes serem em resina e metálicos é necessário fazer

um acabamento das peças em máquinas de controlo numérico (CNC’s)

[2].

24 - Defeitos de fundição

Os vários defeitos podem ocorrer no processo de produção,

dependendo dos fatores tais como os materiais, desenho das peças, e

técnicas de processamento. Enquanto alguns defeitos afetam só a

aparência das peças, outros podem afetar muito a integridade estrutural

das peças finais.

Alguns Defeitos dos Produtos Fundidos

• Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.

Isso causa problemas de usinagem: os grãos de areia são abrasivos e, por

isso, estragam a ferramenta. Além disso, causam defeitos na superfície da

peça usinada;

• Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento

de partículas duras indesejáveis no material. Isso também causa desgaste da

ferramenta de usinagem;

• Rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação,

causado por projeto de massalote mal feito;

• Porosidade que se origina quando os gases que existem dentro do

metal líquido não são eliminados durante o processo de vazamento e

solidificação. Isso causa fragilidade e defeitos superficiais na peça usinada.

Vários defeitos podem-se desenvolver em fundição (figuras 19 e 20 ).

Fig. 19 – Defeitos de fundição.

Podemos denominar os defeitos da seguinte maneira:

Projeções metálicas;

Salpicos;

Inclusões;

Cavidades, consistindo em cavidades internas ou externas redondas

e rugosas, incluindo furos e cavidades contraídas.

Descontinuidades, tais como fendas, rupturas a frio ou a quente,

devido aos rápidos arrefecimentos. Se a solidificação do metal não

contrai livremente podem ocorrer fendas ou rupturas. Embora muitos

fatores estão envolvidos na ruptura, o tamanho de grão grosseiro e a

presença de segregações de baixa fusão ao longo das fronteiras de

grão (intergranular) aumentam a tendência de ruptura a quente. Os

vazamento incompletos resultam do metal fundido estar muito baixa

temperatura ou de um mau vazamento.

Faces defeituosas, tais como pregas, dobras, abas, rugosidade, areia

aderente, e oxidação.

24 - Porosidade

A porosidade na fundição por ser causada por contrações ou gases.

Este defeito é prejudicial à ductilidade do fundido e ao acabamento

superficial.

As regiões porosas podem desenvolver-se em vazamentos devido às

contrações do metal solidificado. As secções finas do fundido solidificam

mais rápido do que as regiões mais grossas. Como resultado, o metal

fundido não pode ser fornecido às regiões mais grossas que ainda não estão

solidificadas.

Fig. 20 – Defeitos de fundição.

Devido às contrações, as superfícies da região mais grossa começa

a solidificar, e as regiões porosas desenvolvem-se nos seus centros.

As microporosidades podem também desenvolver-se quando o metal

líquido solidifica e encolhe entre as dendritas e entre as ramificações das

dendritas [9].

25 – Controle de qualidade

25. 1 - Controle de Qualidade de peças fundidas:

A inspeção de peças fundidas - como de peças produzidas por qualquer

outro processo metalúrgico - tem dois objetivos:

Rejeitar as peças defeituosas;

Preservar a qualidade das matérias-primas utilizadas na fundição e a sua

mão-de-obra

25.2 - O controle de qualidade é feito da seguinte maneira:

Controlo metalúrgico, das areias e da composição química; Máquina CNC tridimensional e máquina de layout 3D; Espectómetro de emissão óptica; Máquinas de ensaios mecânicos; Durómetros (análise de dureza Brinnel); Microscópio metalográfico.

Exercícios

1. Na ilustração apresentada identifique os elementos indicados.

Fig. 21- Controle de dureza Fig.22 Microscópio metalográfico Fig. 23- Espectómetro

2. Como é o processo de fundição em casca.3. Como é o processo de fundição por cera perdida.4. O que rechupe?5. Qual a diferença entre uma lingoteira e um molde metálico?6. Qual a diferença entre uma matriz e um molde?7. Explique de maneira simplificada o processamento por metalurgia do pó.8. Relacione os principais defeitos que ocorrem em peças fundidas.9. Quais os fatores que influenciam no vazamento do metal líquido e no total preenchimento do molde?