Aula 12 Processo de Fundi o Em Coquilhas
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01: Introdução
- Características do processo- Etapas envolvidas.- Fatores econômicos e tecnológicos- Ligas emprwegadas
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
Aula 10: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas)
Fundição em Moldes Metálicos “Permanentes” por Gravidade.
• Processo que utiliza o vazamento do metal líquido p or gravidade em molde metálico de duas ou mais parte s
• 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.
Processo de Fundição em CoquilhasDisciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
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ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO:
1. O molde é pintado com pincel ou spray nas superfíc ies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120-260 0C).
2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fecha do 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.
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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 até120.000 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 proce sso?
• 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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• Ligas Utilizadas:
Ligas de Alumínio
• Formam óxidos que promovem enchimento lento.
• Possuem grande contração ⇒⇒⇒⇒ Necessidade de Massalotes
• As peças podem se deformar na extração devido a alta temperatura.
• Temperatura de Vazamento = 680-780 0C
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• Ligas Utilizadas:
Ligas de Magnésio
• Temperatura de Vazamento = 710-790 0C
• São frágeis ⇒⇒⇒⇒ Exigem cuidados na extração
• São suscetíveis à trincas.
• Extremamente oxidáveis.
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• Ligas Utilizadas:
Ligas de Cobre
• Temperatura de Vazamento = 980 – 1250 0C
• Grandes contrações ⇒⇒⇒⇒ Ejeção deve ser rápida
• Solidificam a temperaturas elevadas.
Ligas de Ferro
• Produção de peças pequenas e simples.
• Temperatura de Vazamento = 1290 - 1400 0C
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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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Maquinas Coquilhadeiras
Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico
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Maquina Coquilhadeira
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Maquina Coquilhadeira de Grande Porte
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Maquina 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 apresenta r a maior vida útil possível
⇓⇓⇓⇓
Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação.
• Devem extrair calor do metal líquido a uma determin ada 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 dasvariações de temperaturas:
- Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas
⇓⇓⇓⇓
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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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Espessura de Parede 40 a 60 mm (em média)
Paredes muito Espessas
• Demora para atingir temperatura de trabalho
• Aumento Significativo no peso.
Paredes muito Finas ⇒⇒⇒⇒
Menores que 15 mm ⇒⇒⇒⇒
Apenas peças pequenas e
simples
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Furos e Rasgos para Saída de Ar
• Na linha de divisão do molde com 0,13 a 0,25 mm de profundidade e largura variável.
• Feitos após testes.
• TolerânciasPara peças de Alumínio que requerem alta precisão
Moldes de Aço de Baixa Liga ou Aço para Ferramentas
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Tolerâncias de 0,38 até 0,13 mm
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Insertos• Na cavidade total ou parcial do molde.
• Material idêntico ou diferente.
• Finalidades dos Insertos:
• Aumentar a vida útil dos moldes.
• Simplificar a usinagem.
• Manuseio ou troca de partes e consertos
• Saídas de ar.
• Resfriadores ou aquecimento em certas áreas da cav idade do molde.
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Sistemas de Canais
• Sistemas que evitem turbulência.
• Sistemas de alimentação e ataque que produza solidificação direcional.
• Possibilidade da utilização de Filtros.
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Ângulos de Saída
• Externo = 1 0 - 30
• Interno = 2 0 - 50
• Machos = 2 0 - 50
• Parede de Peça
• Espessura de 3mm ⇒⇒⇒⇒ usar distância máxima de até 75 mm.
• Espessura de 5mm ⇒⇒⇒⇒ usar distância máxima entre 75 e 150 mm.
• Tolerância para
Usinagem
• Até 250 mm de comprimento = 0,8 mm
• Acima de 250 mm = 1,2 mm
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
• Machos
• Comprimento de macho sujeito por um extremo não deve exceder φφφφ do macho x 10.
• Diâmetro mínimo para machos = 6mm.
• Tipos: metálicos simples fixos – metálicos deslizantes montáveis – de areia.
• Movimentação: manual ou através de cilindros pneumáticos.
• Devem ser extraídos rapidamente para evitar “agarramento”.
• Mais econômico a utilização de machos metálicos (H1 4 ou aço ferramenta equivalente ⇒⇒⇒⇒ tolerância mínima e vida útil máxima.
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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)
Recomendação de Materiais para Machos Grandes segundo a AFS
Número de Vazamentos
1000 10000 100000
F0F0 Cinzento Areia, gesso
F0F0 Cinzento, H11 Areia, gesso
F0F0 Cinzento, F 0F0
Cinzento c/ insertos de H11 , H11
• Machos menores que φφφφ = 77mm e L = 255mm a AFS recomenda os seguintes materiais, emn ordem de preferência: Areia – H11(Rc entre 42 e 45) – Aço Carb ono.
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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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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)
Composição Química:
• Silicato de Sódio: como ligante.
• Água: como solvente.
• Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, a rgila 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 com jato de areia ⇒⇒⇒⇒ 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 repintu ra 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 met al atinja todas as partes da coquilha com a temperatura neces sária 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 soldag em 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.
• Frequência dos vazamentos.
• Tipo e espessura dos revestimentos (tintas).
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Fatores que afetam a Temperatura de Vazamento
• Tamanho e forma da peça.
• Revestimento do molde.
• Sistema de resfriamento.
• Sistema de canais.
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