Processos de FundiçãoO processo mais tradicional é o da fundição em areia, que até hoje é dos mais usados. Este processo é o mais adequado para o ferro e o aço que têm altas temperaturas de fusão, podendo também ser usado, para o alumínio, latão, bronze e magnésio.

3. Fundição em Areia VerdePara se fundir uma peça em areia necessitamos, inicialmente, preparar o molde para vazamento do metal fundido e, para isso, precisamos ter: o modelo da peça, os respectivos machos e a areia misturada de forma adequada para elaboração do molde.3.1. Modelos e Caixas de MachoUm modelo é uma “cópia” da peça feita de madeira, metal ou outro material adequado (plásticos, resina epóxi, cera, gesso, etc.) sobre o qual é compactado o material de moldagem, dando forma à cavidade do molde que receberá o material fundido. O modelo é feito de acordo com o desenho da peça a ser fundida, com as seguintes modificações:       Aumento nas dimensões para compensar a contração do metal durante seu resfriamento no estado sólido.       Aumento nas dimensões, de forma a deixar o sobremetal necessário nas superfícies que deverão ser usinadas posteriormente.       Inclinação nas paredes verticais, chamada de ângulo de saída, para propiciar a fácil retirada do modelo de dentro do molde, sem arrastar areia.       Quando a peça contiver furos, criar saliências, chamadas marcações de machos, que deixarão buracos na areia do molde, para fixação dos machos, que darão origem aos furos.Opcionalmente, pode ser acrescentado ao modelo da peça, o sistema de alimentação (canais e massalotes).3.1.1. Classificação dos modelosOs modelos podem ser classificados nos seguintes tipos:       Modelo Solto MonoblocoÉ o tipo mais simples. Geralmente apresenta uma superfície plana que servirá de apoio na moldagem. Os canais e massalotes podem ser acrescentados como apêndices ou serem cortados à mão, no molde.É usado apenas para peças simples ou pequenas séries de produção, devido ao baixo rendimento na moldagem.       Modelo Solto BipartidoÉ feito em duas partes que podem ser ou não iguais. A superfície que as separa será a linha de divisão do molde (tampa e fundo da caixa). O alinhamento entre as duas partes do modelo é obtido através de encaixe por cavilhas.Sempre que possível a superfície de separação entre as duas partes do modelo deverá ser plana,

de forma a permitir sua colocação sobre uma placa, para facilitar a moldagem.       Modelo Solto MúltiploEste tipo é usado para peças mais complexas onde, para que o modelo seja retirado do molde sem arrastar a areia, há necessidade de sua divisão em três ou mais partes exigindo, portanto, caixas de moldagem com mais de duas partes.       Modelo tipo ChapelonaA chapelona consiste de um gabarito, que reproduz uma seção da peça, feito com uma prancha de madeira, reforçada nas beiradas e fixada à uma haste metálica, que permite a obtenção de moldes circulares ao girar-se a prancha em volta da haste.A chapelona é usada para peça de formato circular, que não exijam grande precisão dimensional.       Modelo em placaNeste caso o modelo é fixado à uma placa, visando, uma maior precisão na moldagem, já que as placas apresentam geralmente pinos ou furos que servem como guias para fixação nas respectivas caixas de moldagem. Além disso, este tipo de modelo permite a utilização de máquinas de moldar, o que resulta em um grande aumento na velocidade de obtenção dos moldes.3.1.2. Material para construção dos modelosA decisão sobre o material que se deve utilizar no modelo depende de vários fatores, tais como:       Quantidade de peças a serem fundidas       Precisão dimensional necessária e acabamento superficial desejado       Tamanho e formato do fundido

Os principais materiais usados para a fabricação de modelos são a madeira, o alumínio, as resinas plásticas, o aço, o isopor e o gesso entre outros.3.1.3. Contração de solidificaçãoComo é sabido, todo metal ou liga fundido ao solidificar-se sofre contração.A contração pode ser dividida em duas:       Aquela observada quando o material resfria-se ainda no estado líquido (contração líquida).       Aquela observada durante o resfriamento do material já no estado sólido (contração sólida).Para compensar a líquida devem ser previstos massalotes e para compensar a contração sólida o modelo deverá ter suas dimensões aumentadas, em relação às da peça que se quer obter.3.1.4. Ângulos de saídaÂngulo de saída é a tolerância que se dá às paredes laterais do modelo para poder extraí-lo do molde sem o arraste de areia. Numericamente o ângulo poderá variar entre 0,5º e 2º e, em alguns casos, como em marcações de machos, poderá chegar a 5º

3.1.5. MachosA função básica de um macho é ocupar espaços no molde, não permitindo a entrada do metal, dando origem assim a furos e outras partes ocas da peça, como pode ser visto na figura 12. Entretanto, um macho também pode ser usado para completar uma parte mais delicada de um molde, que não poderia ser produzida com a areia verde do molde, por ser esta menos resistente que as empregadas na fabricação de machos.

Os machos são feitos de areias endurecidas e podem ser reforçados com estruturas de arame, quando necessário.

Eles devem, também, permitir a contração das peças quando do resfriamento do metal e não devem apresentar dificuldades para serem removidos da peça pronta.

3.3. Areias para Confecção de Moldes e Machos3.3.1. Principais propriedadesAs areias devem reunir uma série de propriedades que garantam a obtenção de peças fundidas isentas de defeitos. As principais são as seguintes:

       Moldabilidade:Capacidade que deve ter a areia de moldagem de adotar fielmente a forma do modelo, e de mantê-la durante o processo de fundição.

       Refratariedade:É a capacidade do material de moldagem de resistir à temperatura de vazamento do metal sem que haja fusão dos grãos de areia.

       Estabilidade Térmica Dimensional:O material de Moldagem não deve sofrer variações dimensionais quando submetido às mudanças de temperatura que ocorrem nos moldes por ocasião do vazamento do metal fundido.

       Inércia química em relação ao metal líquido:Em princípio, o material de moldagem não deve reagir com o metal líquido ou com os gases presentes na cavidade do molde.

       Permitir esmagamento:É a qualidade que deve ter a areia de moldagem de ceder, quando submetida aos esforços resultantes da contração da peça ao solidificar-se. Se o molde (ou o macho) não permitir o esmagamento poderá ocorrer o rompimento das peças ou a formação de "trinca à quente”.

       Resistência mecânica à quente:As paredes do molde e machos devem manter a resistência mecânica, mesmo quando aquecidas, para resistir aos esforços devidos ao impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que enche o molde.

       Permeabilidade aos gases:

É a propriedade, que deve ter o molde de deixar passar o ar, os gases e os vapores existentes ou gerados em seu interior, por ocasião do vazamento do metal. Os gases presos no interior dos moldes podem dar origem a defeitos, tais como as cavidades originadas por bolhas.

       Desmoldabilidade:É a facilidade com que se pode retirar uma peça do interior do molde, de modo a obter-se um fundido isento de resíduos e material de moldagem.3.3.2. Composição das areias de moldagem       Tipos de areia para a confecção de moldesAs areias de sílica são as mais utilizadas nas operações de moldagem. Elas são compostas basicamente de sílica, um aglutinante e água. A sílica (SiO2) tem grãos arredondados de vários tamanhos. Sua permeabilidade diminui quanto mais fino for o grão e quanto mais variados forem os tamanhos de grão.

Para uma boa porosidade a sílica deve ter grãos uniformes e não muito finos.

A proporção de sílica varia de 80 a 95% nas areias de moldagem e seu ponto de fusão é de 1.650ºC.

Os aglutinantes mais usados são a argila e a bentonita. As argilas, que são silicatos de alumina que formam ao umedecer-se, uma massa plástica que liga os grãos de sílica. A resistência da areia aumenta com a proporção da argila, mas sua porosidade diminui, pois a massa formada pela argila é impermeável. Seu ponto de fusão é de 1.250ºC.

Por motivos de permeabilidade e temperatura de fusão as areias muito argilosas são utilizadas apenas para fundição de metais de baixo ponto de fusão, tais como o alumínio (700ºC).

A proporção de umidade varia entre 5 a 10%. Esse conteúdo de água influencia na plasticidade, permeabilidade e resistência dos moldes e, portanto, deve ser constantemente verificado e   mantido dentro do nível ideal.

A bentonita é um mineral que se encontra sob forma de um pó finíssimo, que umedecido forma uma massa muito compacta. A quantidade de bentonita para preparação da areia é muito menor que de argila (1 a 5%), o que torna a permeabilidade da areia muito maior.

       Tipos de areia para a confecção de machosPara a fabricação de machos, além da sílica e da bentonita são juntados outros aglutinantes para favorecer o endurecimento da areia. Estes aglutinantes podem ser:

       Óleos (principalmente óleo de linhaça) e materiais cereais (farinha de trigo, de milho, etc.).Os machos preparados com esses aglutinantes são endurecidos em estufa, apresentando boa resistência e fácil desmoldagem. São conhecidas como areias estufadas

       Resinas sintéticas (uréia, fenólica ou furânica), conhecido, também como macho de shellA aplicação de resina sintética como aglutinante permite maior rapidez de preparação do macho (menos tempo de estufa), facilidade de retirada dos machos, eliminação de gases e melhor acabamento.

       Silicato sódico + Anidrido Carbônico (CO2)Consiste em misturar-se sílica seca com um aglutinante a base de silicato sódico, preencher as caixas de machos com este preparado e seca-lo em seguida, de forma contínua, fazendo passar CO2 pela massa.

O CO2 provoca uma reação química que endurece a areia pela formação de um gel coloidal de silício.

Esse processo elimina a necessidade de estufa e possui uma grande rapidez de preparação, eliminando também, devido a sua grande resistência, a necessidade de suportes e armaduras interiores.

Existem mais uma série de tipos de areia para aplicações especiais, que não serão objeto deste trabalho.

3.3.3. Preparação das areias de moldagemAs areias, por estarem em contato com o metal fundido, perdem suas propriedades, de forma que constantemente elas devem ser recicladas.

A areia que se utiliza normalmente é composta de: areia velha, areia nova, água e pó de carvão.

O pó de carvão é usado para impedir a formação de uma capa superficial de óxido sobre a peça fundida, além de aumentar a porosidade e melhorar o acabamento.

Estas areias devem ser preparadas em máquinas misturadoras e são utilizadas como areias de moldagem propriamente ditas, para cobrir o modelo, distinguindo-se das areias de enchimento, que   são usadas unicamente para encher as caixas e, como não estão em contato direto com o modelo não influem no acabamento das peças fundidas. As areias de enchimento podem ser de qualidade   inferior, ou mesmo areia velha.

A areia de fundição pode ser reciclada, com aproveitamento quase total.

3.3.4. Misturadores de areiaSão equipamentos utilizados para o preparo das areias de moldagem, através da mistura de todos seus componentes. A areia é introduzida em uma caçamba, onde é revolvida por um conjunto de facas e misturada através dos mós (rodas) podendo ser, a seguir, transferida para uma segunda caçamba onde é homogeneizada a mistura. Essa mistura vai saindo de forma contínua e em altas quantidades.

3.4. Métodos de Moldagem3.4.1. ManualA moldagem manual é um método mais lento, porém ele é ainda usado para moldagem em bancada ou no chão, quando se têm modelos soltos, ou ainda quando se está produzindo peças experimentais ou muito grandes3.4.2. Moldagem à Máquina       Máquina de moldar por impacto e compressãoNessa máquina, todo o conjunto é elevado por um pistão pneumático que o deixa cair no fim do curso, em queda livre, dando-se a compactação da areia através do impacto. Em seguida, é completada a quantidade de areia necessária para encher a caixa e uma prensa termina o trabalho de compactação da areia.Para a moldagem, o modelo em placa é preso à mesa da máquina e a caixa do molde é encaixada sobre ele, através de pinos guias. Após repetidas operações do pistão e da ação da prensa, a areia fica compactada e a caixa com o molde é retirada da máquina através de pinos extratores.

       Máquina de Moldar por Projeção de AreiaIndicada especificamente para peças de grandes dimensões que não podem ser moldadas pelas máquinas de impacto e compressão. Este processo provoca uma certa abrasão no modelo e, portanto é aconselhável que a areia de faceamento seja socada manualmente.

3.5. Sistema de AlimentaçãoA função de um sistema de alimentação é a de permitir o enchimento completo da cavidade do molde, prevenindo a ocorrência de defeitos tais como: inclusão de areia ou escória e falhas internas na peça. O sistema de alimentação deve ser projetado de maneira que a solidificação do metal se processe do ponto mais distante da alimentação para o ponto mais próximo.

3.5.1. Elementos básicos       Bacia de vazamento

Tem a função de permitir o vazamento do metal líquido da panela sem que haja derramamento. Por este motivo possui uma seção maior. Além disso ela ficará sempre cheia, permitindo que ocorra uma separação entre a escória e o metal, por diferença da densidade.

       Canal de descidaAlém de permitir a passagem do metal líquido, ele procura diminuir a turbulência do metal durante a descida, daí seu formato cônico. Ele deve ter altura suficiente para que todo o molde seja preenchido com o metal fundido.

       Canal de distribuiçãoTem a função de distribuir o metal pelos vários canais de ataque. Possui um prolongamento após o último canal de ataque que serve para conter o primeiro metal líquido que entra no molde e que carrega consigo sujeira e areia. Assim esse metal não atinge nenhum canal de ataque e não irá estragar a peça com inclusões.

       Canais de ataque ou alimentaçãoA sua correta distribuição por vários pontos da peça é que garantirá um gradiente favorável de temperatura evitando distorções por diferenças de temperatura nos diversos pontos.

       MassalotesO massalote é colocado no sistema de alimentação para conter o “rexupe” (vazio interno), que de outra forma estaria localizado na peça.

O rexupe ocorre devido à peça se solidificar de fora para dentro. Assim forma-se uma casca que passa a impedir o fluxo de metal líquido para o interior da peça, não permitindo a compensação da diminuição do volume de metal, que ocorre devido à contração no estado líquido.

O metal vazando na cavidade do molde deve começar a solidificar-se a uma distância extrema dos massalotes. Desta maneira os vazios devido à contração de resfriamento movem-se progressivamente pela peça até atingir os massalotes, que devem ser a última região a solidificar-se e, portanto, conter o rexupe devido à contração do metal líquido.

3.5.2. Localização da entrada do canal de alimentação no moldeÀ princípio o metal poderá encher o molde entrando por três posições diferentes: Por cima, por baixo ou na altura da divisão das caixas. Cada uma delas tem suas vantagens e desvantagens, como comentado a seguir:

       Alimentação por cimaHá a formação de um gradiente favorável de temperatura, porém o jato de metal tende a erodir o fundo do molde.

       Alimentação na divisão das caixasMaior facilidade para a abertura do canal. Entretanto é preciso cuidado para não dirigir o jato de metal contra paredes do molde ou dos machos.

       Alimentação por baixoA favor temos o escoamento laminar do metal e o enchimento do molde de baixo para cima, que não causa problemas de erosão. Por outro lado, é mais difícil de ser cavado o canal e o gradiente de temperatura é desfavorável, favorecendo a formação de "rexupe" na peça.

3.5.3. ResfriadoresQuando, por causa da complexidade da peça, a solidificação não puder ser dirigida adequadamente para o massalote, pode-se utilizar resfriadores. Estes são pedaços de metal inseridos no molde que, em contato com metal fundido, irão diminuir sua temperatura e acelerar a solidificação daquele ponto da peça.

Os resfriadores podem ser externos, quando não farão parte da peça, ou internos, quando são do mesmo metal da peça e serão incorporados à mesma.

3.5.4. VentilaçõesSão pequenos furos feitos na areia do molde, com arame ou estilete, para facilitar a saída de gases e vapores, sempre que a permeabilidade da areia não for suficiente para isso.

3.5.5. Simulação de resfriamentoExistem softwares que simulam o resfriamento dentro do molde, de uma determinada peça, permitindo através da diferenciação de cores, determinar-se a melhor localização dos canais de alimentação, massalotes, etc. Dessa forma podemos otimizar o projeto do sistema de alimentação, garantindo menor gasto de metal e ótima qualidade para a peça.

3.6. Desmoldagem

A retirada da peça de dentro do molde deve ser feita após sua solidificação, não sendo obrigatório o resfriamento até a temperatura ambiente.

Normalmente usam-se máquinas de desmoldar, que consistem de uma grelha vibratória aonde o molde é colocado.

Com a vibração a areia solta-se da peça e cai, através da grelha, sobre uma esteira rolante, que a conduz para ser preparada para novo uso.

3.7. Remoção de Canais e MassalotesOs canais e massalotes são cortados da peça através de impacto, serras, discos abrasivos ou chama oxiacetilênica, dependendo do caso.

3.8. Rebarbação e LimpezaPeça pequenas normalmente são rebarbadas através da colocação das mesmas em tambores rotativos juntamente com material abrasivo.

Peças maiores podem ser jateadas com areia ou granalha de aço, ou esmerilhadas com rebolos e pontas montadas.

3.9. Tratamento TérmicoQuando se deseja melhorar a usinabilidade do material e aliviar as tensões originadas durante o resfriamento das peças fundidas, elas devem ser submetidas a um tratamento de recozimento.

3.10. UsinagemFuros de dimensões reduzidas, roscas, detalhes complexos, maior precisão dimensional e melhor acabamento devem ser obtidos através de usinagem. Para tanto devem ser previstos sobremetal e marcações de referência para balizamento da usinagem.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS:

1.      Para obtenção de uma torneira por fundição você usaria machos de:a)     Areia endurecida por CO2;b)    Areia estufada;c)     Aço;d)    Alumínio;e)     NDA.A resposta correta é: b, pela facilidade da retirada do macho após a fundição e por não exigir bom acabamento nas partes internas.

2.      Na moldagem através de máquinas:

a) É possível o uso de modelo solto,b) É sempre necessário que o modelo seja bi-partido,c) É sempre necessário o uso de modelo em placa,d) O modelo deve ser do tipo chapelona;e) N.A.A resposta correta é c.