Objetivo da prática:

Conhecer o método de Shell Molding (Moldagem em casca) , observando-se assim todo o processo de preparação do molde até a fundição.

Introdução:

SHELL MOLDING:

Processo de moldagem originário da Alemanha sob a denominação de "Processo Croning ou processo C"; nos EUA, sob o nome de "Shell Molding", foi desenvolvido durante a 2º Guerra e introduzido em torno de 1940.

Shell Molding- (Moldagem em Casca)

Consiste no emprego da mistura de areia aglomerada com resina sintética polimerizável a quente (termosetting), com a qual são executados os moldes sob a forma de casacas finas, desde 5mn de espessura.

A mistura, em forma pulvurulenta, é depositada sobre o modelo pré-aquecido a temperaturas da ordem de 150º a 350º C, em contato com o qual forma uma casca, em virtude do início da polimerização da resina, dependendo a espessura da mesma do tempo de contato, da temperatura de pré-aquecimento e da natureza da mistura. A espessura desejada depende por sua vez do tamanho e peso da peça a ser fundida, de sua complexidade e do metal a ser empregado.

A casca assim formada, parcialmente curada, vai à estufa completar a cura a temperaturas de 280º a 350º C, podendo a cura ser feita após extração da casca ou sobre o próprio modelo. O molde, constituido de duas partes em casca tampa e fundo, é montado com os eventuais machos, fechado com grampos ou colado, para ser vazado.

Devido à pequena espessura da casca, pode-se utilizar areias de módulo de finura elevada, da ordem de 90 a 140 sem prejudicar a permeabilidade, o que permite acabamentos excelentes para as peças fundidas por este processo.

Também a resistência específica da casca sendo muito levada, a rigides decorrente permite manter precisões rigorosas no que se refere às dimensões das peças. A conjugação destes fatores permite produzir, por este processo, peças que possam dispensar total ou parcialmente a usinagem.

Se por um lado, as referidas vantagens tornam o pr9ocesso de moldação em casca muito atraente, é preciso atentar para certas desvantagens que o tornam caro ou que limitam o seu emprego. Dentre as primeiras há que destacar o custo elevado do modelo que deve ser executado com o acabamento e a precisão de medidas esperadas da peça a ser fundida (devendo ainda resistir bem às temperaturas de trabalho) e também o custo elevado das resinas (formólica, ureicas, alkídicas ou poliéstera) utilizadas nas proporções de 3 a 10% ( a areia não é recondicionável) fatores estes que indicam de maneira preponderante no custo da peça.

Quanto às limitações, a principal é a que refere ao peso das peças que podem ser produzidas economicamente por este processo, normalmente limitado a 10 a 15 kg.

O processo de moldagem em casca é utilizado para a produção de corpos de motor de explosão resfriado a ar, virabrequins, etc. Em geral peças de responsabilidade que justificam o maior custo do processo.

 

RECUPERAÇÃO DA AREIA DE FUNDIÇÃO

Três processos básicos são usados. O alvo básico da recuperação é que a areia seja devolvida à seção de moldagem ou macharia em tal condição física e química que possa ser usado em substituição ou como areia nova e que produza fundidos satisfatórios com uma economia no custo do molde ou do macho.

Para que recupere satisfatóriamente areia, um sistema deveria:

1- Aplicar sobre os grãos individuais de areia usada, uma quantidade uniforme e controlável de trabalho.

quebrando os agrupamentos de grãos; removendo ou reduzindo a casca de aglomerantes já usados;

restaurando as dimensões físicas originais dos grãos.

2- Submeter a massa de areia a um processo de separação e classificação para:

remover da areia os detritos de aglomerantes usados e outros finos criados durante a limpeza dos grãos;

devolver o produto recuperado com distribuição granulométrica que se aproxima daquela da areia nova ou do arranjo desejado pelo operador do sistema.

 

OS MÉTODOS BÁSICOS DE RECUPERAÇÃO DA AREIA DE FUNDIÇÃO SÃO TRÊS:

a)- RECUPERAÇÃO POR MEIO ÚMIDO;

b)- RECUPERAÇÃO POR MEIO TÉRMICO;

c)- RECUPERAÇÃO POR MEIO PNEUMÁTICO.

a)- RECUPERAÇÃO POR MEIO ÚMIDO:

Este método emprega um classificador de areia utilizado para remover os finos da mesma antes de alimentá-la a um lavador de areia, com alguma semelhança com um liqüidificador que desprenderia as camadas de material aglomerante do grão, por ação da fricção ou choque dos grãos arremetidos pelo impulsor rotativo contra grão de movimento mais lento na periferia do lavador. Para limpeza mais eficiente podem-se colocar dois lavadores em série. Após nova classificação, a areia é seca, por classificação, filtragem e aquecimento. Para uso imediato, a areia deve ser passada num resfriador.

b)- RECUPERAÇÃO POR MEIO TÉRMICO:

O equipamento usado para o método térmico de recuperação é um forno vertical de soleiras do tipo usado para ustulação. A areia é alimentada na parte superior do forno sendo movimentada pelos braços rotativos montados na mesma. Temperaturas da ordem de 65ºC são atingidas pela areia. Com auxílio do oxigênio introduzido no forno sob forma de ar através dos braços, dá-se a combustão de materiais carbonáceos, resultantes de aglomerantes oleaginosos ou cereais que se encontrem na areia. Também se dá a eliminação de resinas conforme empregadas no processo Croning. Por esta razão, recomenda-se este processo para areia resultante de moldagem em casca. Sendo alta a temperatura da areia descarregada pelo forno de ustulação (até aproximadamente 500ºC) segue-se um resfriamento forçado por adição de água e passagem de ar.

c)- RECUPERAÇÃO POR MEIO PNEUMÁTICO:

Quando a areia estiver aglomerada por produtos argilosos, emprega-se o sistema seco ou pneumático que conta com maior número de instalações em operação no momento, pois apresenta maior flexibilidade de uso e economia de operações e porque o custo inicial do equipamento também é mais baixo do que nos outros métodos. Encontram-se instalações

deste tipo tratando areias em fundições de aço, ferro maleável, ferro fundido e latão. As areias recuperadas são usadas para faceamento e enchimentos de moldes, machos a óleos com ligantes tipo resina e uréia e para areia de CO².

A umidade básica utilizada neste método consta de uma célula para o fundo da qual escorre areia. Um jato de ar proveniente de um soprador rotativo e com pressão variável 0,17 a 0,28 Kg/cm² sopra esta areia verticalmente do fundo da célula, através de um tubo vertical contra um alvo de forma cônica de maneira tal que sempre se encontra protegido por um colchão de areia e assim, o material soprado para cima se choca contra outros grãos, eliminando as camadas que envolvem estes últimos, com desgaste mínimo do alvo metálico. A velocidade do sopro é de 2000 a 2500 m/min e a areia recircula na célula de 10 a 30 vezes seguindo adiante mediante nova alimentação de areia na entrada da célula. As células podem ser simples ou em série, em geral de quatro unidades e várias séries podem ser colocadas lado a lado para obtenção de maior capacidade. Uma série de quatro células tem capacidade média de limpeza de 3 a 4 tons de areia por hora.

Este método permite controle de finos e também de granulometria da areia permitindo obter areia recuperada de granulometria controlada com precisão. A moldabilidade da areia recuperada é igual ou maior do que a areia nova. Deixa-se freqüentemente uma certa quantidade de argila na areia recuperada, sendo satisfatória uma argila remanescente que vem economizar adição de aglomerantes no misturador.

Abaixo a tabela em que é indicada a argila remanescente aceitável em diversas areias:

Areia usada Usada para % de argila remanecente permissível

Alimentação (X) média dia kg/h

por célula

Desmolde de Aço Faceamento 2,5 – 4,0 700 – 1600

Desmolde de Fo.Fo

Machos a óleo 0,5 – 0,7 230 – 370

Machos de Fo.Fo Faceamento 2,0 – 3,0 450 – 1100

0,5 – 0,7 230 - 900

Obs. (X) este número é aproximado por depender do grau de contaminação da areia.

O rendimento da operação varia de 75 a 95% dependendo este fator sobretudo do tipo de grão de areia. Com a instalação de equipamento de recuperação, ainda é necessária, portanto, a compra de areia nova para repor a areia perdida no recuperador e na seção de limpeza da fundição e nos diversos tipos de pó da mesma. Caso o consumo de areia para fabricação de machos corresponda aproximadamente a esta reposição sugere-se usar areia nova para os machos e areia recuperada para faceamento de moldes. É ainda interessante notar que o equipamento pneumático de recuperação não ocupa grande área de chão sendo desnecessário pela aquisição equipamento. O recuperador não é sensível à temperatura ambiente podendo ser colocado tanto dentro quanto fora da fundição, sem requerer cobertura dispendiosa.

 

Refugo de Areia:

Um dos problemas que surgem nas fundições em resultado do ciclo da areia é o da maneira de se desfazer dos resíduos deste material ou seja, da areia não recuperada e dos finos de exaustão. Este volume é consideravelmente maior quando não se dispõe de uma instalação de recuperação de areia, pois neste caso, até 8 a 10% de areia misturada como nas fundições de aço diariamente eliminada do circuito. Este volume de areia é retirado da fundição e deve ser reposto por areia nova. Quando se dispõe uma instalação de recuperação, a areia que seria normalmente descartada pode ser recuperada e somente cerca de 15% da areia tratada é perdida.

Os finos removidos por filtros de tipo úmido podem ser classificados e decantados protegendo assim o sistema hidráulico da fundição. Os finos são removidos do local bob forma de lama.

A remoção dos materiais citados acima é de considerável dificuldade na cidade e grandes fundições deveriam ter este problema em mente quando escolhem sua localização.

Descrição da prática:

A prática teve como objetivo a moldagem em casca (Shell Molding) a partir de uma matriz onde se coloca no forno até que se forme a casca.

Após obtermos a casca de uma face e da outra, colamos as duas partes e vazamos a peça.

Após o vazamento espera-se por alguns minutos e quebra a casca obtendo a peça fundida..

Apresentação e análise dos resultados:

Observamos todo o processo de molde em casca (Shell Molding). Os cuidados a serem tomados na moldagem da peça.

Depois de concluído a moldagem e o vazamento da peça ficou constatado que este processo dá um bom acabamento e precisão nas medidas.

 

Conclusão:

Com a prática realizada, concluímos que o Shell Molding é um processo que deixa uma boa precisão nas peças Além disto, deve-se ressaltar as ações de segurança ao utilizar os EPI’s, pois uma vez que a peça está sendo fundida, além da radiação do calor intenso, a areia exala uma fumaça tóxica na hora do vazamento da peça, sendo prejudicial a saúde se inalada.

Bibliografia:

SIEGEL,MIGUEL: Fundição ABM,12º Edição, 1981. BOSCH, CARLOS DIAS. Areias de Fundição, BOLETIM 44, 1952

CAMPOS FILHO, MAURÍCIO PRATES Solidificação e Fundição de Metais, Ed. Da Universidade de São Paulo