ConhecimentosBásicos de Fundição

CEFETAngélica Cunha

Introdução

Os processos de transformação dos metais e ligas metálicas em peças para utilização em conjuntos mecânicos são inúmeros e variados. Você pode:

Fundirconformar mecanicamentesoldarutilizar a metalurgia do póe usinar o metal

Vários Fatores devem ser considerados quando se escolhe o processo de fabricação:

O formato da peça,

As exigências de uso

O material a ser empregado

Processo de Fundição

É um dos mais antigosMais versáteis pois permite a obtenção de peças com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade

É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidascorrespondentes aos da peça a ser fabricada.

Processo de Fundição

Esse processo não se restringe só ao FERRO.

Ele pode ser empregado com os mais variados tipos de ligas metálicas, desde que elas apresentem as propriedades adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez.

Processo de Fundição

A Temperatura de Fusão é a temperatura em que o metal passado estado sólido para o estado líquido.

A Fluidez é a capacidade de uma substância de escoar com maior ou menor facilidade. Por exemplo, a água tem mais fluidez que o óleo porque escorre com mais facilidade.

Processo de Fundição

Exercício 1Responda às seguintes perguntas.1. O que é fundição?2. Comparando o óleo com a água, qual possui maior fluidez?3. Por que a fluidez é uma propriedade importante para o processo de fundição?4. Sabendo que a temperatura de fusão do aço é de aproximadamente 1600°c e a do ferro fundido é de aproximadamente 1200°c, qual dos dois é melhor para a produção de peças fundidas?

Vantagens do Processo

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.

c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção rápida e em série de grandes quantidades de peças.

Vantagens do Processo

d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento (mais liso ou mais áspero) em função do processo de fundição usado (economia na usinagem).

e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Demonstram a grande diversidade de peças que podem

ser produzidas por esse processo

Exercício 2

Responda às seguintes perguntas.1. Por que o processo de fundição é mais vantajoso quando comparado com outros processos de fabricação?2. Escreva V para as sentenças corretas ou F para as sentenças erradas mostradas a seguir.a) ( ) Na fundição, a produção de peças é demorada e sempre em pequena, quantidade.b) ( ) As medidas das peças fundidas podem ter tolerâncias entre 0,2 e 6 mm.c) ( ) As peças fundidas podem ter tamanhos pequenos oumuito grandes e formatos simples ou complicados.d) ( ) A fundição só produz peças com acabamento muitoáspero.

A maioria das peças de um carro são feitas por meiode processos de fundição.

Processo de Fundição

A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas:

Ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosas Ligas de cobreAlumínioZincoMagnésio

Operações do Processo de Fundição

1. Confecção do modelo - Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devemprever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

2. 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.

Operações do Processo de Fundição

3. 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.

4. Fusão – Etapa em que acontece a fusão do metal.

5. Vazamento – O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido.

Operações do Processo de Fundição

6. 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.

7. Rebarbação - A rebarbarão 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 às do ambiente.

8. 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.

Fundição

Canais de alimentação - são as vias, ou condutos, por onde o metal líquido passa para chegar ao molde.

Massalote – é uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se contraindo.

CORTE DE CANAIS E MASSALOTES

Nesta etapa são removidos os canais de vazamento e os massalotes.

A remoção pode ser realizada com corte por disco abrasivo quando o material não suportar gradientes térmicos elevados, ou por fusão localizada.

São importantes:

tratamento térmico prévio quando necessáriolinha de referência para cortecuidados para não danificar as identificações da peçaidentificação dos canais e massalotes para reaproveitamento posterior deste material

REBARBAÇÃOApós o corte dos massalotes e canais de vazamento, estas áreas ficam com acabamento superficial irregular, necessitando uma operação complementar para obtenção das dimensões originais do modelo.

Neste instante são removidas também as “rebarbas” de metal que não fazem parte da peça final.

Estas operações envolvem e dependem da habilidade do operador para garantir as dimensões desejadas na peça acabada.

Operação de Rebarbação

Remoção do massalote e canais de alimentação

TRATAMENTO TÉRMICOEsta etapa para os ferros fundidos não é normalmente necessária, porém se aplica à maioria dos aços.

Consiste em aquecer as peças até um determinada temperatura e resfriá-las com uma determinada velocidade.

Para cada liga existe um ciclo térmico específico.

O resultado é uma mudança na estrutura interna do material melhorando suas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão.

Tratamento térmico de solubilização: a carga é retirada do forno de tratamento térmico e imediatamente colocada no tanque de água.

São variáveis importantes:

o tempo e a temperatura de cada etapa do ciclo térmico

as velocidades de resfriamento

a montagem da carga dentro do forno para não haver empenamentos ou gradientes térmicos

Retífica

Saindo do tratamento térmico, algumas peças podem necessitar um aumento de precisão em suas medidas.

Muitas vezes se utiliza o processo de retificação executado por máquinas ferramentas chamadas retíficas.

Os processos de acabamento variam de peça para peça, podendo ser utilizados em maior ou menor grau. Dependendo do tipo de peça, ao sair da fundição jáestá pronta e acabada.

Materiais e Processos

Geralmente são fundidos metais e certos materiais sintéticos a exemplos de plásticos e polímeros.Os processos mais utilizados ainda para a confecção dos moldes convencionais são em areia de fundição ou terras especiais. Estes materiais são refratários e abundantes na natureza, os mais usados são a areia, gesso, cimento e outras substâncias cerâmicas.

Materiais e MétodosQuando misturados com água, argila (em alguns casos), e um aglutinante, os moldes adquirem uma coesão uniforme e moldabilidade, sem perder a permeabilidadeque permite evacuar os gases no momento da injeção, ou do escoamento.

Moldes:Após fundido e retirado do molde, o componente adquire a coloração do material de que é formadoApós usinado e tratado termicamente, o componente vai para a pintura, adquirindo aparência idêntica ao original

Moldes

Esfriamento e Solidificação

Esta é a etapa mais crítica de todo o processo, pois o esfriamento excessivamente rápido pode provocar tensões mecânicas na peça, inclusive com aparecimento de trincas, e a formação de bolhas. Se houver um resfriamento muito lento ocorrerá a diminuição da produtividade.Estes eventos influenciam bastante o tamanho, forma, uniformidade e composição química dos grãos formados na peça fundida, que por sua vez influencia as suas propriedades globais.Os fatores mais importantes que afetam estes eventos são: o tipo metal, as propriedades térmicas do metal e do molde, a relação geométrica entre o volume e área da superfície da fundição e a forma do molde.

Processos

Existem diversos processos de fundição. Estes consistem na fusão da matéria prima a ser moldada geralmente em "cadinhos".

Cadinhos são reservatórios fabricados em material refratário onde a matéria prima é derretida e drenadaou derramada posteriormente para as formas, ou moldes de fundição.

Moldes de Fundição

Existem diversos tipos de moldes de fundição:

Moldes de areia,Moldes de gesso ou materiais refratários diversosMoldes cerâmicos Moldes metálicos, Moldes descartáveis, Moldes recicláveis, Moldes mecanizados,Moldes manuais

Molde em Areia Verde

Consiste na elaboração do molde com areia úmida modelada pelo formato do modelo da peça a ser fundida. É o método mais empregado na atualidade, serve para todos os metais. É especialmente apropriado para peças de tamanho pequeno e médio.

Não é adequado para peças grandes, de geometria complexas, nem para acabamentos finos, pois ficam as marcas de corrugamento da areia, e sua tolerância dimensional é reduzida.

Molde em Areia Seca

Este tipo de molde se consolida em altas temperaturas (entre 200 e 300°C).

Este método utilizado para aumentar a resistência mecânica e a rigidez da forma de fundição.

Este 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.

Molde Mecânico

Atualmente, ao invés da conformação em areia de forma convencional por compactação manual, usa-se um tipo molde mais compactado chamado de molde mecânico.

Trata-se de um sistema desenvolvido para que o material de conformação do molde seja comprimido através de equipamento pneumático ou hidráulico cujas cavidades mecânicas (negativo) ou formas recebam o metal com maior tamanho densidade ou pressão, de forma a suportar os esforços sem que ocorram desmoronamentos durante o preenchimento.

Este sistema foi desenvolvido para resolver as deficiências da utilização dos moldes em areia verde, menos resistente.

Molde Coquilha

Atualmente, ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de molde fixo e maciço chamado "coquilha“ (shell molding).

Trata-se de um sistema onde o metal fundido ou éderramado 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.

Fundição em AreiaÉ um processo que pode ser feito por moldagem em areia verde e em cascas de Shell;cura a frio, com dióxido de carbono Areias verdes são areias aglomeradas com argila no estado úmido.Esse material é constituído por granulados refratários chamados de areias-base e por um produto com capacidade de coesão e plasticidade – o aglomerante – que neste caso é a argila.

As areias de fundição podem ser:naturaissemi-sintéticas (com adições para correção ou melhoria das propriedades naturais)sintéticas (obtida pela mistura dos constituintes básicos isoladamente tais como areia, aglomerantes, aditivos e plastificantes).

Fundição em Coquilha

Na fundição em coquilha, se faz necessário à utilização de alguns requisitos para se produzir peças de boa qualidade, entre esses requisitos esta:

a utilização de tintas que tem como principal função controlar a taxa de extração de calor e proporcionar uma solidificação direcionada reduzindo a necessidade de massalotes e sistema de refrigeração da coquilha.

TINTAS PARA COQUILHAPRINCIPAIS FUNÇÒES:

Controlar o fluxo de metal durante o preenchimento da cavidade da coquilha, garantir que o metal liquido alcance todas as partes da coquilha com temperatura suficiente para evitar defeito de enchimento.

Controlar o gradiente térmico para obter solidificação direcionada, evitando peças com rechupes.

Facilitar a extração da peça.

Produzir bom acabamento superficial.

Proteger a superfície da coquilha contra o ataque do metal vazado, diminuindo assim o choque térmico.

Fundição por InjeçãoBasicamente obedece ao mesmo processo da coquilha, porém o molde é mecanizado.

Existem menos restrições à geometria das peças, pois o molde é fabricado por modernos processos como eletroerosão, por laser, entre outros, que dão excelente acabamento, possibilitando menos usinagens nas peças.

Electroerosão, ou usinagem por descargas elétricas éum processo indicado na usinagem de formas complexas em materiais condutores elétricos, especialmente aqueles de alta dureza, e de dimensões diminutas, difíceis de serem usinados por processos tradicionais de usinagem.

Moldes Metálicos

Os processos que empregam moldes metálicos são:Fundição em Molde Permanente; Fundição sob pressão.

Moldes Permanentes

A aplicação mais conhecida é a da fundição de "lingotes", ou seja, peças de forma regular, cilindrica ou prismática, que irão sofrer posteriormente processamento mecânico. Os moldes nesse caso, serão chamados de "lingoteiras".

Fundição sob Pressão

Consiste em forçar o metal liquido sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, chamado matriz.

Esta é metálica, portanto de natureza permanente e , assim pode ser usada inúmeras vezes.

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.

Fundição sob Pressão

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 àtemperatura do metal líquido, o que exige materiais que suportem essas temperaturas.

Matriz sob Pressão

Etapas da Fundição sob Pressão

O metal é bombeado na cavidade da matriz e a sua quantidade deve ser tal que, não só preencha inteiramente esta cavidade, como também os canais localizados em determinados pontos para evasão do ar.

Esses canais servem igualmente para garantir o preenchimento completo das cavidades da matriz.

Assim, 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.

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 produção; • Produção de peças quase que acabadas; • Utilização da mesma matriz para milhares de

peças, sem variações 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.

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 exceções, só é empregado para ligas cujas temperaturas de fusão não são superiores às da liga de cobre.

Fundição de 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 éconsumido ou inutilizado.

Tem-se assim uma casca endurecida que constitui o molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes à peça que se deseja produzir.

Vazado o metal líquido no interior do molde, e solidificada a peça correspondente, o molde é igualmente inutilizado.

Principais Vantagens

• Possibilidade de produção em massa de peças de formas complicadas que são difíceis ou impossíveis de obter processos convencionais de fundição ou por 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;

Principais Vantagens• 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 econômicas e físicas, e devido àcapacidade do equipamento disponível. O peso recomendado dessas peças não deve ser superior a 5kg.

• O investimento inicial para peças maiores (de aproximadamente 5kg a 25kg) é muito elevado.

Etapas do processo de fundição de precisão pelo sistema de cera perdida

A partir da matriz:

A cera é injetada no interior da matriz para confecção dos modelos; Os modelos de cera endurecida são ligados a um canal central; Um recipiente metálico é colocado ao redor do grupo de modelos; O recipiente é enchido com uma pasta refratária (investimento), para confecções do molde; Assim que o material do molde endurecer, pelo aquecimento, os modelos são derretidos e deixam o molde; O molde aquecido é enchido do metal líquido, sob ação de pressão, por gravidade, a vácuo ou por intermédio da força centrifuga: O material do molde é quebrado e as peças fundidas são retiradas; As peças são separadas do canal central e dos canais de enchimento, esmerilhadas.

Fundição Contínua

Neste processo, as peças fundidas são longas, com secções quadrada, retangular, hexagonal ou de formatos diversos.

Em outras palavras, o processo funde barras de grande comprimento com as secções mencionadas, as quais serão posteriormente processadas por usinagem ou pelos métodos de conformação mecânica no estado sólido.

Em princípio, o processo consiste em vazar-se o metal líquido num cadinho aquecido. O metal líquido escoa através de matrizes de grafite ou cobre, resfriados na água.

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.

O controle de qualidade compreende as seguintes

etapas:INSPEÇÃO VISUAL: usada para detectar defeitos visíveis, resultantes das operações de moldagem, confecção e colocação dos machos, de vazamento e limpeza;

INSPEÇÃO DIMENSIONAL: é realizada geralmente em pequenos lotes produzidos, antes que toda a série de peças seja fundida;

INSPEÇÃO METALÚRGICA: inclui análise química; exame metalográfico, para observação de microestrutura do material; ensaios mecânicos, para determinação de suas propriedades mecânicas; ensaios não-destrutivos, para verificar se os fundidos são totalmente 'perfeitos'.

Muitas vezes, uma inspeção, para ser completa, exige testes de uma montagem, onde são incluídas as peças fundidas, e onde simulam ou duplicam as condições esperadas em serviço.

Tixofundição

Também chamado de fundição de ligas semi-sólidas de alumínio, o processo é novo no Brasil, mas já é utilizado em larga escala em países desenvolvidos como Japão, Estados Unidos, Alemanha e Itália.

A tecnologia utiliza, ao invés de alumínio líquido, o metal em "pasta", evitando o desgaste no contato entre o metal e o molde e aumentando a produtividade.

As principais aplicações desse processo se dão na indústria automotiva, na fabricação de peças como suspensões, carcaças e discos de embreagem, entre outras.

Tixofundição

A técnica é usada desde 1982 e tem como uma de suas principais vantagens o menor desgaste das peças usadas no processo.

Por ser um material 60% sólido e 40% líquido, a fundição de semi-sólidos permite um menor atrito entre o molde e o metal, aumentando sua vida útil e, conseqüentemente, a produtividade.

Com isso, o material fundido não apresenta porosidades, tampouco segregação de elementos de liga, oferecendo um resultado de melhor qualidade ao produto final.

Uso da Tixofundição

é usada na produção de componentes como suporte de suspensão (traseira e dianteira)bandejas de suspensãocarcaças de sistema de injeção eletrônicacaixa de direção,carcaças de cilindro mestredisco de embreagem, entre outras.

Num exemplo prático, o uso do processo de fundição de ligas semi-sólidas de alumínio permite que uma peça como o suporte do motor tenha seu peso reduzido de 5 kg para 3 kg com a tixofundição.

Exemplo de Peças Fundidas