TECNOLOGIA DE FUNDIO TRABALHO 1: MOLDAO EM AREIA

ALUNO: 13274_ MARCELO CERQUEIRA PEREIRA DOCENTE: ENG. TERESA MORGADO

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1-Introduo O objectivo fundamental da fundio dar a forma adequada ao metal, vertendo-o na cavidade de um recipiente denominado molde, o qual tem a forma desejada, isto , a forma da pea que se pretende fabricar. Por vezes necessrio tratar o metal para se alterar a sua composio qumica. Deste modo, num passo nico, formas simples ou complexas podem ser feitas de qualquer metal que possa ser fundido. O produto resultante pode ser optimizado relativamente resistncia, as propriedades direccionais podem ser controladas, e a aparncia pode ser agradvel. As peas fundidas podem variar desde fraces de centmetros e baixo peso at vrios metros e vrias toneladas. Este tipo de tecnologia tem srias vantagens na produo de formas complexas, peas com seces cncavas ou com cavidades internas, peas muito grandes e peas feitas a partir de materiais difceis de maquinar. Devido a estas vantagens bvias, a fundio um dos mais importantes processos de produo. Hoje em dia, quase impossvel desenhar qualquer pea que no possa ser fundida por qualquer tipo de tecnologia de fundio existente. Contudo, como em todas as tcnicas de produo, os melhores resultados a baixo custo so atingidos se o projectista compreender as vrias opes e desenhar as peas para serem utilizadas pelo processo mais apropriado e da maneira mais eficiente. Os vrios processos diferem primeiramente no material do molde (areia, metal, ou outros materiais) e no mtodo de vazamento (gravidade, vcuo, baixa ou alta presso). 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, incluses, etc.

2-Areias de Fundio2

Os moldes perdidos, isto e, aqueles que s so teis uma vez, so preparados com areia. Esta areia de moldagem deve reunir uma srie de caractersticas e propriedades, a fim de que se possa preparar moldes facilmente e obter, dos mesmos, pegas sem defeitos. 2.1- Caractersticas Apesar de se puderem utilizar varias qualidades de minerais forma de areias, cada um deve apresentar, dentro do possvel, seguintes caractersticas e propriedades bsicas: Estabilidade trmica e dimensional a elevadas temperaturas; Distribuio de forma e tamanho de partculas adequado; No apresentar reactividade qumica com o metal fundido; No apresentar uma molhabilidade fcil com o metal em fuso; Estar livre de substncias de partculas de baixo ponto de fuso; Estar livre de produtos que gerem gazes s altas temperaturas envolvidas; Estarem disponveis a factores de custo baixos; Apresentarem uma composio uniforme, Terem compatibilidade com os aglomerantes. 2.2- Propriedades Devem ser refractrias (refractariedade), quer dizer, devem ser capazes de suportar as temperaturas do metal fundido sem que os moldes se rompam, gretem-se ou se fundam. For esta razo, o ponto de fuso da areia de moldagem deve ser superior a temperatura de fuso do metal que se funde. Assim, por exemplo, para a fundio do alumnio podem ser utilizadas areias muito argilosas, cujo ponto de fuso e da ordem de3

1250C. Estas areias seriam completamente inadequadas para preparar moldes de pegas de ferro cuja temperatura de colada e de uns 1300C. Devem formar uma massa porosa (permeabilidade), suficientemente permevel para a evacuao do ar do molde e dos gases que se formam durante a colada. Se o metal fundido no chega a preencher completamente o molde pelo fato do ar que tem em seu interior no possuir sada livre, tem-se como consequncia a formao de peas defeituosas, e ademais h sempre o perigo de uma sada violenta dos gases retidos no interior do molde, rompendo bruscamente as paredes do mesmo com os seus consequentes riscos. Devem ser suficientemente plsticas (plasticidade), a fim de se poder preparar facilmente os moldes, reproduzindo fielmente o contorno das peas, por complicada que seja sua forma e podendo efectuar retoques e reparos nos moldes em caso de necessidade. A maioria dos materiais expande (dilatao) quando so aquecidos e contrai durante o arrefecimento. As areias de Slica no fogem a regra geral, mais no entanto apresentam uma srie de mudanas polimrficas quando so aquecidas e arrefecidas. temperatura ambiente a Slica existe sob a forma de quartzo com uma estrutura cristalina do tipo . Quando o quartzo aquecido este tem uma expanso regular de caractersticas lineares at ser atingida uma temperatura de 573C, temperatura qual se verifica uma transformao alotrpica de quartzo em quartzo acompanhada de uma expanso volumtrica brusca. Esta expanso volumtrica e a origem de defeitos de forma e dimenso nas pecas de fundio vazadas. E finalmente os moldes obtidos devem ser suficientemente resistentes (resistncia mecnica) para suportar sem desmoronamento a entrada do metal fundido nos mesmos. Necessita-se especificar aqui que uma resistncia excessiva do molde, por outro lado, pode ocasionar peas gretadas solidificao do metal fundido e produo de sua contraco no4

caso em que por sua grande resistncia o molde no ceda ante o esforo de contraco da pea fundida. 2.3-Critrios de Classificao 2.3.1-Quanto origem 2.3.1.1- Areia natural Depsitos naturais, originados de arenitos de cimento argiloso ou da alterao de rochas feldspticas (saibros). Os gros silicososso envolvidos por pasta argilosa. So utilizadas directamente na moldagem de pea sem preparo especial, apenas humedecidas. 2.3.1.2- Areia sinttica Obtida artificialmente, misturando os materiais-base (areia silicosa e aglomerante) tomados isoladamente. Os materiaisbase, isto , areia-base, argila-base e aglomerantes orgnicos, desempenham, cada qual, uma funo especfica na areia sinttica. 2.3.2- Quanto ao uso 2.3.2.1- Areia nova Usada pela primeira vez na fundio. 2.3.2.2- Areia usada Recuperada de fundies anteriores. 2.3.2.3- Areia nova+usada Mistura da usada pela primeira vez na fundio com a recuperada de fundies anteriores. 2.3.3- Quanto a funo5

2.3.3.1- Areia de moldagem Parte do molde que forma a superfcie externa da pea consta de: areia de faceamento, (areia que entra em contacto com o metal) e areia de enchimento (o restante do molde).

2.3.3.2- Areia de macho Constitui as partes do molde que denominados de machos, os que formam as cavidades internas da pea. Em certos machos de grandes dimenses podem ser empregadas duas qualidades de areia, uma das quais na parte superficial dos mesmos. Aqui tambm se denominam areia de faceamento e de enchimento. Os machos so mais solicitados aos esforos de compresso e cisalhamento que os materiais do molde propriamente dito (flexo e traco) e muitas vezes so usados internamente (dificultando a desmoldagem). Apresentando caractersticas especiais a areia de macho possui: Maiorcolapsibilidade (friabilidade) Maior permeabilidade; Maior resistncia. As propriedades extras so dadas pelo tipo e quantidade de aglomerantes (dextrinas, etc.) e secagem em estufa (pouca argila e usada). Aps a secagem, a resistncia alcana os valores mximos. Com o vazamento do metal, o ligante e queimado, aumentando a permeabilidade e possibilitando a colapsibilidade e/ou friabilidade. Para que a areia de macho possa satisfazer a esta dupla finalidade, isto , permitir fcil manuseio do macho, quando ainda se acha no estado verde, e ser facilmente retirado do

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interior da pea, aps a fundio, e indispensvel que suas misturas sejam feitas seguindo certas regras bsicas: A mistura deve ser feita com ligantes que adquiram resistncia por secagem a baixa temperatura (estufas) A mistura deve ser feita com ligantes que sujeitos a altas temperaturas percam suas caractersticas aglomerantes. Ingredientes combustveis: leos vegetais ou minerais).

3- Moldagem em areia 3.1- Moldagem em areia verde o processo mais simples e mais generalizado em fundio, e essencialmente de areia de slica, argila e gua. O Processo a verde e o mais econmico e mais simples de aplicar, pois: Requer apenas os equipamentos mnimos de moldagem; A areia pode ser natural ou sinttica, facilmente recupervel e exigindo o mnimo de aditivo; Compactao dos moldes pode ser feita por diversos mtodos, conforme o tipo da peca e convenincia do mtodo de produo adoptada. O processo a verde pode-se aplicar a produes em grande escala devido a facilidade de sincronizao entre as operantes de moldagem e de vazamento do metal; Moldes a verde, pela sua colapsibilidade aps seco pelo metal lquido, so facilmente desmoldados. Esta propriedade

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tambm re os riscos de rupturas e trincas de pecas a quente devido as contrac es do res riamento; Serve para qualquer liga. H limita es para o processo: O processo a verde no e aconselhvel a peas de grande porte devido a baixa resistncia do molde; Peas fundidas pelo processo a verde so comummente inferiores em acabamento (casca de laranja) e nas tolerncias dimensionais; Estabilidade de parede s maiores do que 3 mm. O processo de moldagem em areia verde responsvel por mais de 60 % da produo mundial de fundidos. Uma moldao em areia normalmente constituda por 2 meias molda es embora para peas de geometria complexa, possa ser necessrio utilizar mais do que um plano de apartao. Exceptuando estes casos, bem como a fundio de peas de grandes dimens es ou pequenas quantidades de peas para as quais utilizada a moldao manual, o processo normalmente mecanizado. Cada meia moldao obtida atravs da compactao de areia de moldao em redor de um molde placa molde, no interior de uma caixa metlica.

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Aps esta operao efectua-se a separao/extraco do molde/placa molde (desmoldao), obtendo-se uma cavidade na areia destinada a receber o metal lquido. Se o fundido tiver sec es ocas, cilndricas ou de outras formasvariadas necessrio a utilizao de machos. Estes so elaborados em areia mais endurecida (esta areia endurecida por aquecimento ou quimicamente).

Aps colocao dos machos (se necessrio), juntam-se e apertam-se entre si as 2 meias molda es, atravs dum conjunto de pernos de guiamento, ficando a moldao pronta para o vazamento.

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Vaza-se o metal fundido com um cadinho ou com uma colher no molde preparado e aps arrefecimento da pea, desmolda-se com o auxlio de uma ferramenta apropriada.

Com auxlio de serras de fita, de discos ou outra ferramenta apropriada cortam-se os canais que serviram para o enchimento e respirao da pea. A limpeza da pea pode ser executada com auxlio de jactos de areia, de grenalha de ao ou uma escova de arame.

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Resumo do processo de moldao em areia

Circuito de fundio em areia verde11

3.2- Moldao em areia seca A Moldagem em Molde de Areia Seca (ou em molde estufado) possui certas caractersticas como: y Aditivos orgnicos (ligantes) as misturas de areia e argila (dextrina / farinha de milho gelatinizada - mogul) y Melhora a qualidade de trabalhabilidade da areia. y Secagem do molde em estufas, visando: - Maior resistncia a eroso do metal lquido; - Maior resistncia a presso do metal lquido; - Maior estabilidade dimensional; - Maior permeabilidade; - Melhor acabamento das pecas fundidas. - Queima do ligante com o calor do metal lquido - colapsibilidade As vantagens do processo so: y E um processo ainda econmico e simples de aplicar, pois: - A areia pode ser natural ou sinttica, facilmente recupervel e exigindo o mnimo de aditivo; - Compactao dos moldes pode ser feita por diversos mtodos, conforme o tipo da peca e convenincia do mtodo de produo adoptada. y ptimo acabamento; y Alta colapsibilidade aps seco pela metal liquido; y Serve para qualquer liga. As limitaes do processo so: y Mais laboriosa (operao de secagem); y Pegas Grandes ou pequenas (limitado pelo tamanho da estufa)

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3.3- Moldagem em Molde de Areia Cimento Uma composio tpica de areia de moldagem e a seguinte: - Areia de slica = 90 - Cimento Portland = 10 - Agua = + 8 - Dispensa a secagem em estufa (economia do custo da operao e do investimento em equipamentos) - A secagem dos moldes se faz ao ar ap6s, a retirada dos modelos (48 a 96 horas, dependendo do tipo de cimento usado, temperatura e humidade do ar); - Proporciona razovel acabamento, devido a falta de humidade no momento do vazamento. - O acabamento e limitado (inferior ao de areia seca) pela granulometria da areia que no podem ser muito fina, devido a impermeabilidade do cimento (escape dos gases). -Devido a longo tempo de endurecimento, este processo requer grandes reas para acumulao de moldes ate o seu vazamento, no se prestando a produes mecanizadas em grandes series. - E utilizado porem para grandes pegas tais como lingoteiras, hlices de navios, corpos de mquinas operatrizes ou prensas, bombas, turbinas e pecas para construo naval. - Por outro lado, e de baixa permeabilidade e colapsibilidade. 3.4- Moldagem em Areia de Cura (Pega) a Frio Fundio em moldes de areia de Cura Frio e o mais utilizado na produo de fundidos que requerem quantidades reduzidas e de tamanhos excepcionalmente grandes ou com melhor acabamento.13

Usa-se uma mistura de areia com resinas (fenlicas ou furnicas), que endurecem aps um certo tempo de mistura. A moldabilidade e dada pela prpria resina; O tempo entre a mistura e o endurecimento e o suficiente para montagem do molde (10 a 30 minutos); Durante o vazamento (maior temperatura) a resistncia da ligao pela resina enfraquece, facilitando a desmoldagem; A resistncia obtida e to grande que alem de facilitar a retirada do modelo, auxilia a manipulao do molde (permite-se locomoo de moldes de grandes dimenses); Devido ao fato de se usar areias finas, sem argila e humidade, o acabamento e excelente; Uma desvantagem desta tcnica e o alto custo da resina e a necessidade de pessoal mais qualificado para manipularo e mistura da areia (areia j misturada no e reaproveitada e inutiliza-se aps a cura). O uso de resinas furnicaspermitiu a recuperao reutilizao da areia.

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4- Fuso dos materiais O processo de fuso tem de ser capaz de providenciar material fundido no s temperatura apropriada, mas tambm quantidade desejada, com qualidade aceitvel e custo razovel. A diferena entre o alumnio e o lato a seleco da sucata a fundir. Se o alumnio tiver uma espessura inferior a 12,7 mm, dever ser fundido em lingotes. A liga mais comum para a tecnologia de fundio em areia verde a Al-Si (alumnio silcio). Se carregarmos um cadinho com um pequena poro de sucata, o exterior do cadinho aquecer primeiro e liquidificar o metal no exterior mas no o interior. Relativamente ao lato e ao bronze quando atinge uma temperatura de}982C comea a libertar fumo. Este fumo so os baixos elementos a fundir (chumbo, zinco, etc.), logo quanto maior for a quantidade de material a fundir, mais elementos sero fundidos, reduzindo a eficcia da liga.Matria-prima

Ao vazar o metal o cadinho deve estar o mais perto possvel da bacia de vazamento, visto que esta est localizada dentro do molde. A temperatura do metal fundido determinada pela espessura do fundido. Para fundidos de alumnio muito espessos o metal dever estar a }677C e para espessuras finas a 760C. O lato dever ser vazado a aproximadamente }982C para fundidos espessos e 1065C para fundidos finos.

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Quanto ao ferro fundido o ponto de fuso }1093C. Este um dos materiais mais utilizados na tecnologia de fundio em areia verde. O chumbo outro material susceptvel de ser utilizado nesta tecnologia. o seu ponto de fuso }316c [2].

5-D f itos d fundi o

Os vrios defeitos podem ocorrer no processo de produo, dependendo dos factores tais como os materiais, desenho das peas, e tcnicas de processamento. Enquanto alguns defeitos afectam s a aparncia das peas, outros podem afectar muito a integridade estrutural das peas finais. Vrios defeitos podem-se desenvolver em fundio:

Defeitos de fundio. 16

Podemos denominar os defeitos da seguinte maneira: y Projeces metlicas; y Salpicos; y Incluses; y Cavidades consistindo em cavidades internas ou externas redondas e rugosas, incluindo furos e cavidades contradas. y Descontinuidades, tais como fendas, rupturas a frio ou a quente, devido aos rpidos arrefecimentos. Se a solidificao do metal no contrai livremente podem ocorrer fendas ou rupturas. Embora muitos factores esto envolvidos na ruptura, o tamanho de gro grosseiro e a presena de segregaes de baixa fuso ao longo das fronteiras de gro (intergranular) aumentam a tendncia de ruptura a quente. Os vazamentos incompletos resultam do metal fundido estar muito baixa temperatura ou de um mau vazamento. y Faces defeituosas, tais como pregas, dobras, abas, rugosidade, areia aderente, e oxidao. 6-Porosidade A porosidade na fundio por ser causada por contraces ou gases. Este defeito prejudicial ductilidade do fundido e ao acabamento superficial. As regies porosas podem desenvolver-se em vazamentos devido s contraces do metal solidificado. As seces finas do fundido solidificam mais rpido do que as regies mais grossas. Como resultado, o metal fundido no pode ser fornecido s regies mais grossas que ainda no esto solidificadas.

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Devido s contraces, as superfcies da regio mais grossa comea a solidificar, e as regies porosas desenvolvem-se nos seus centros. As microporosidades podem tambm desenvolver-se quando o metal lquido solidifica e encolhe entre as dendrites e entre as ramificaes das dendrites. 7-Vantagens y Esta tecnologia pode ser utilizada para metais ferrosos e no ferrosos; y Baixo custo do modelo; y No existem grandes limitaes relativamente ao tamanho, forma e peso do fundido; y Adapta-se a pequenas e grandes sries. y No h perda de material (visto ser possvel utilizar sucata e retornos provenientes do corte dos sistemas de gitagem e alimentao); y A maioria dos metais ferrosos e no ferrosos pode ser utilizada; y H menor distoro de formato do que nos mtodos que usam areia seca, porque no h necessidade de aquecimento; y As caixas de moldagem esto prontas para a reutilizao em um mnimo espao de tempo; y Boa estabilidade dimensional.

8- esvantagens y Baixa preciso dimensional; y Tolerncias dimensionais u 1.5875 mm. y Aps remoo do fundido necessrio maquin-lo.

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y Fraco acabamento superficial requerendo um tratamento mais extenso para ter um acabamento aceitvel; y O controlo da areia mais crtico do que nos outros processos que tambm usam areia; y Maior eroso, quando as peas fundidas, so de maior tamanho; y O acabamento da superfcie piora nas peas de maior peso; y A estabilidade dimensional menor nas peas de maior tamanho. 9- aplicaes Um vasto campo de aplicaes esto englobados as peas produzidas por fundio de areia verde, corpo de valvulas, de bombas, polias, coneces e acessorios hidraulicos. Estando as formas destas peas limitadas pouca complexidade. Produtos de maior complexidades de formatos exigem tecnicas mais apuradas, como por exemplo os blocos de motoresatuaisem aluminio que so produzidos com moldes permanentes com injeo de metal lquido em alta presso.

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10-

o sso do ns io p ti o

10.1- M t i l O alumnio e suas ligas so utilizados para calhas, cadeiras de parques, pratos para tartes, sinais de trnsito, peas de chassis de camies e componentes de msseis. As ligas de alumnio tm excelentes caractersticas para fundio e maquinagem, tm tambm elevada pureza base, o que implica uma elevada fora e ductilidade.

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10.2- Ficha do kit did ctico utilizado no processo experimental

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10.3-

p o do

t lp

nto

O material utilizado foi o alumnio. O Procedimento inicial foi levar o material disponvel ao seu ponto de fuso e controlar a sobre temperatura para iniciar o vazamento para o molde.

10.4- Conf

o do

ho

Aps montagem da caixa do macho, a areia compactada,em seu interior, de forma manual

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At a percepo do faceamento do macho com a caixa.

Desmontando a caixa e retirando a parte da caixa de posio superior

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Em seguida desmolda-se o macho da metade restante da caixa de confeco do macho e realizando inspeco visual na procura de defeitos de formato.

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10.5- Conf

o do

old

O primeiro passo para confeco do molde montar o modelo s caixas de moldao e fazer o enchimento da parte inferior do molde com a areia de fundio.

O segundo passo encher a parte superior do modelo de fcil identificao pela presena do gito de descida e alimentadores.

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O terceiro passo separar o modelo das caixas de moldao com o cuidado de retirar primeiro o modelo do gito de descida e alimentadores.

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O prximo passo inserir o macho no molde

E o fechamento dacaixas de moldao

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10.6- Enchimento do molde J com o material fundido o derrame do metal no molde foi efectuada com o vazamento do alumnio lquido da panela utilizando o gito de descida at a equiparao do nvel do material fundido coma superfcie do molde.

10.7- Desmoldagem da pea Aps o resfriamento do alumnio abre-se a caixa e se desmolda a pea estando o resduo da operao,a areia, depositada num recipiente adequado.

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10.8-

o sso d

b

nto

Com a pea livre da areia secciona-se as partes excedentes formadas por gitos e alimentadores chegando ao fim do experimento.

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11- Con lus o Uma firme montagem da caixa de moldao, eficiente compactao da areia de moldagem e rpido envasamento do alumnio fundido resultou numa pea com superfcie de razovel acabamento com excepo das rebarbas criadas na juno das duas partes do molde.

Um melhor trabalho de acabamento, maquinado ou manual, da pea eliminando vestgio dos excessos de material derivados do gito e canais de alimentao elevaria o valor do resultado.

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Aps inspeco visual detectou-se uma pequena anomalia, na pea, derivada de falha durante processo de compactao da areia de moldao ou problemas de impermeabilidade da mesma.

12- Biblio

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y Manual prtico de fundio/ Jorge Torre (Edit. Hemus) y Tecnologia de fundio/ Jos M. G. de Carvalho Nogueira (Fundao Calouste Gulbenkian) y Wikepdia y Trabalhos de Alunos da Universidade do Porto, Lisboa e da ESTA.

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13-ndice1- Introduo.................................................................................. 2 2-Areias de Fundio ...................................................................... 3 2.1- Caractersticas ......................................................................... 3 2.2- Propriedades ........................................................................... 3 2.3- Critrios de classificao ......................................................... 5 2.3.1- Quanto a origem .................................................................. 5 2.3.1.1- Areia natural ..................................................................... 5 2.3.1.2- Areia sinttica ................................................................... 5 2.3.2- Quanto ao uso ...................................................................... 5 2.3.2.1- Areia nova ......................................................................... 5 2.3.2.2- Areia usada ....................................................................... 5 2.3.2.3- Areia nova+usada .............................................................. 5 2.3.3- Quanto a funo................................................................... 6 2.3.3.1- Areia de moldagem ........................................................... 6 2.3.3.2- Areias de Macho ............................................................... 6 3- Moldagem em areia .................................................................. 7 3.1- Moldagem em areia verde ...................................................... 7 3.2- Moldagem em areia seca ........................................................ 12 3.3- Moldagem em molde de areia-cimento .................................. 1333

3- Moldagem em Areia de Cura (Pega) a Frio ................................. 13 4- Fuso dos materiais ................................................................... 15 5- Defeito de fundio.................................................................... 16 6- Porosidade ................................................................................. 17 7- Vantagens .................................................................................. 18 8- Desvantagens ............................................................................. 18 9- Aplicaes .................................................................................. 19 10-Processo do ensaio prtico ....................................................... 20 10.1- Material................................................................................. 20 10.2- Ficha do kit didctico............................................................. 22 10.3- Preparo do metal para vazamento ........................................ 23 10.4- Confeco do macho ............................................................. 23 10.5- Confeco do molde ............................................................. 26 10.6- Enchimento do molde ........................................................... 29 10.7- Desmoldagem da pea .......................................................... 29 10.8- Processo de acabamento ...................................................... 30 11- Concluso ................................................................................. 31 12- Bibliografia ............................................................................... 32 13- ndice ....................................................................................... 32

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