USO DE SUCATA PARA FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO DE PEÇAS PARA

CALÇADOS E ACESSÓRIOS.

J. M. Ermel, L. T. Führ, C. T. Oliveira, A. da S. Rocha.

UFRGS-Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Universidade Feevale.

joniermel@gmail.com

RESUMO

A matéria-prima é um dos principais gastos da empresa, apresentando assim

uma grande oportunidade de redução de custos de fabricação. As peças técnicas

fundidas sob pressão com Zamac Z5 com galvanoplastia em cromo, rejeitadas

durante o processo, são encaminhadas para beneficiamento, assim perdendo 65%

desta matéria-prima. As sucatas foram analisadas quanto a sua composição química

e microestrutura. Com esta sucata foram fundidas sob pressão peças para o

mercado de moda. As peças fabricadas com sucata obtiveram bom desempenho

nos testes realizados, em alguns casos de maneira superior as peças de matéria-

prima virgem. Evidenciou-se que a sucata pode ser usada como matéria-prima para

confecção de peças de moda, apresentando assim uma redução considerável nos

custos de fabricação.

Palavras-chaves: sucata; redução de custos; zamac; fundição sob pressão.

1. INTRODUÇÃO

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As peças para calçados e acessórios, são de inúmeros formatos, tamanhos e

modelos, seu tempo de vida é relativamente curto e a diversidade dos produtos é

grande, dificilmente existindo produtos seriados. O material utilizado para confecção

destas peças é uma liga de Zinco, Alumínio, Magnésio e Cobre, conhecida

comercialmente como Zamac Z5. Esta liga possui características importantes para

esta aplicação: seu baixo ponto de fusão; capacidade de aceitar tratamentos

superficiais de eletrodeposição, vernizes e tintas, ter facilidade para realizar serviços

de acabamento mecânico, como polimento e usinagem, e ter custo relativamente

baixo.

A busca pela redução de custo é vital para a manutenção da sustentabilidade

das empresas. Nesse contexto, um dos principais gastos de empresas metalúrgicas

é com matéria-prima, apresentando neste ponto uma excelente oportunidade de

economia. Hoje, numa empresa metalúrgica da região do Vale dos Sinos, no Rio

Grande do Sul, a sucata da produção de peças técnicas revestidas em cromo, não é

reaproveitada diretamente no processo produtivo. Precisam, antes, ser

encaminhadas para beneficiamento, perdendo 65% da matéria-prima enviada por

negociação comercial. Com este trabalho pretende-se reutilizar esta sucata como

matéria-prima sem o envio para beneficiamento externo.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

Para definir os modelos de peças da sucata que seriam utilizadas como

matéria-prima e os modelos de peças que seriam ensaiadas como produto final,

primeiramente definiu-se a linha de produtos que apresentou maior quantidade de

sucata no ano de 2014. Esta foi a linha chamada de Peças Técnicas, composta por

produtos para metais sanitários como cruzetas e volantes para torneiras, revestidos

com galvanoplastia de Cromo. A escolha das peças técnicas a serem estudadas, foi

feita pela relação da área da peça pelo volume da peça, escolhendo a com maior e

com menor relação. A Tabela I demonstra a escolha das peças, sua área e seu

volume e a relação área/volume.

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Para os ensaios e validação do uso de sucata como matéria-prima, foram

definidos dois modelos dentro da linha de Moda, que é um segmento de menor

exigência, um modelo de Fivela e um de Enfeite foram definidos. A Fivela possui

características funcionais e o Enfeite é usado apenas como adorno, mas possui uma

área superficial lisa maior que a Fivela e gravações em baixo relevo.

a. Obtenção das peças Volante B1 e Cruzeta C27

A obtenção das peças Volante B1 e Cruzeta C27 foi realizada de maneira

controlada durante todos os seus processos de fabricação. Para poder analisar a

composição química das peças B1 e C27, foi preciso saber a composição da

matéria-prima usada na sua fundição e a quantidade em peso dos metais

adicionados durante o processo de eletrodeposição por banho galvânico. Da

matéria-prima usada na fundição das peças B1 e C27 foi retirada uma amostra para

análises.

As peças foram fundidas em uma injetora Marca Agrati modelo HC120, foram

desgalhadas, lixadas e polidas manualmente, nesta etapa foram separadas

amostras cruas (sem acabamento galvânico) e as demais amostras seguiram para o

processo galvânico. Nesse processo, as peças foram pesadas entre as etapas, para

definir o acréscimo de massa de metais eletrodepositados. Depois de obter a

quantidade de contaminantes (massa metálica agregada) oriundos do processo

galvânico, as peças foram fundidas por gravidade para análise da composição

química.

b. Fundição por gravidade do Volante B1 e da Cruzeta C27

Tabela I - Definição das peças técnicas para estudo, com indicação de área e volume.

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Na fundição por gravidade amostras das peças B1 com eletrodeposição em

cromo, B1 sem eletrodeposição (crua), C27 com eletrodeposição em cromo e C27

sem eletrodeposição (crua), foram pesadas antes do processo e fundidas

separadamente, para analisar a influência do processo galvânico na geração da

escória. Como parâmetro de referência foi realizado o mesmo experimento com um

pedaço de lingote de Zamac Z5 virgem.

c. Composição química do Volante B1 e da Cruzeta C27, ambos com e sem

processo galvânico

Para realizar as análises de composição química as amostras de peças B1 e

C27, ambos com eletrodeposição e a amostra de Zamac virgem, fundidas por

gravidade, foram removidas do molde de areia e retirada uma amostra da parte

central. Estas amostras foram submetidas a técnica de Espectroscopia de Emissão

Óptica com uso de equipamento Spectromaxx Benchtop em uma empresa

prestadora de serviços.

d. Obtenção da Fivela e do Enfeite

A Fivela e o Enfeite utilizados neste estudo foram confeccionados conforme o

processo usual de fabricação para estes componentes. Foram fundidos sob pressão

em uma injetora marca Lalos modelo LM-150, com 13 toneladas de pressão de

fechamento, em molde de aço carbono temperado, com refrigeração forçada a água.

A matéria-prima utilizada na fundição das Fivelas e Enfeites foi sucata de diversas

peças técnicas com galvanoplastia em cromo, não apenas de Volante B1 e Cruzeta

C27. A intensão foi simular exatamente como será o processo de reutilização da

sucata como matéria-prima no dia-a-dia, validando o uso da sucata sem distinção de

tipo ou quantidade, utilizando a sucata que estiver disponível no momento. As peças

de matéria-prima virgem foram identificadas, desde modo todos processos normais

de fabricação foram realizados utilizando Fivelas e Enfeites de sucata e de material

virgem misturados na mesma carga.

e. Análise da microestrutura

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A análise da microestrutura foi realizada nas amostras fundidas por gravidade

de material virgem, B1 e C27 ambos com galvanoplastia. A análise foi realizada

através da técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), utilizando um

Microscópio Eletrônico de Varredura Modelo JEOL-JSM 6510CV com resolução de

129 Ev, da Universidade Feevale.

f.Acabamentos superficiais das Fivelas e dos Enfeites

Foram aplicados dois tipos distintos de acabamentos superficiais decorativos

nas Fivelas e nos Enfeites. Um deles consistiu na eletrodeposição de níquel em

banho rotativo como acabamento final, com posterior aplicação de verniz incolor a

base de resina epóxi. O outro acabamento utilizado foi a pintura, a qual é realizada

diretamente sobre as peças cruas, após fosfatização, com uso de tinta à base de

resina epóxi.

g. Testes de desempenho das Fivelas e dos Enfeites

Os testes de desempenho foram realizados nos produtos finais Fivelas e

Enfeites, com o objetivo de garantir as exigências de qualidade do mercado

consumidor no geral, assim como nas exigências específicas de clientes.

i. Propriedades mecânicas das Fivelas (tração e compressão)

As propriedades mecânicas das Fivelas foram analisadas através de ensaios

específicos baseados na norma da ABNT NBR 15174:2014 Componentes metálicos

e plásticos para calçados e artefatos - Fivelas, Enfeites e reboques/paralamas -

Determinação da resistência à compressão a tração (1). Estes ensaios avaliam a

resistência do eixo central das Fivelas quanto à tração e compressão, sendo de

extrema importância para evitar problemas durante sua aplicação e uso. Os ensaios

foram realizados na Universidade FEEVALE utilizando uma máquina universal para

ensaios marca EMIC, conforme a NBR 15174:2014, que estabelece a resistência

mínima à tração de 250N para qualquer tipo de calçado. Os ensaios não foram

realizados nos Enfeites, pois eles são usados apenas como adorno decorativo e não

exercem características funcionais.

ii. Ensaios dos acabamentos

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Os ensaios dos acabamentos foram realizados utilizando as normas ABNT

NBR 14269:2006 Componentes metálicos para calçados e artefatos – Determinação

da resistência ao fosqueamento de peças niqueladas com verniz (2), ABNT NBR

14223 Componentes metálicos para calçados e artefatos – Revestimentos

protetores aplicados sobre peças injetadas em zamac e peças de aço –

Determinação do grau de porosidade, ela estabelece critérios para análise e

determinação da porosidade dos revestimentos protetores de peças em zamac (3) e

ABNT NBR 15264:2005 Determinação da aderência de tinta à ação de escova de

cabelo, para peças de calçados e acessórios (4), também foi realizado o ensaio de

inspeção visual segundo norma interna.

h. Análise de viabilidade econômica

A análise da viabilidade econômica irá definir a real economia da empresa com

uso da sucata de peças técnicas com galvanoplastia em cromo como matéria-prima

para fundição de peças para calçados e acessórios, para tanto, será considerado o

processo atual que é o beneficiamento desta sucata realizado por empresa

fornecedora de zamac, por outro lado, a proposta da utilização desta sucata

diretamente no processo de fundição das Fivelas e Enfeites, considerando a perda

de material por escória e o custo com o beneficiamento desta escória.

2. RESULTADOS E DISCUSSÕES

a. Fundição por gravidade das amostras Volante B1 e Cruzeta C27

A Tabela II mostra o peso total das amostras em gramas antes da fundição, o

peso da escória sobrenadante retirada antes do envaze e apresenta o percentual

desta escória sobre o peso total de cada amostra.

Tabela II - Tabela do peso total das amostras e % de escória.

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Observa-se na tabela II que as amostras B1 e C27 sem galvanoplastia

apresentaram o percentual de escória maior que o material virgem, o que era

esperado, pois durante a fundição sob pressão os elementos de liga são oxidados,

formando escória (5), as amostras B1 e C27 com galvanoplastia apresentaram

percentual maior de escória em comparação as mesmas amostras sem

galvanoplastia, o que está relacionado com a migração dos metais eletrodepositados

no processo galvânico.

b. Composição química do Volante B1 e da Cruzeta C27, ambos com e em

processo galvânico

A tabela III mostra a quantidade de metal agregado às amostras durante a

eletrodeposição.

A tabela IV apresenta a composição química das amostras e o percentual de

massa para cada elemento da liga, zinco, alumínio, magnésio e cobre, e suas

impurezas níquel e cromo.

Na tabela IV pode ser observado que a amostra de material virgem apresentou

seus elementos de liga dentro das tolerâncias ATSM B240-07. As amostras B1 e

C27 sem galvanoplastia, apresentaram redução em seus componentes de liga

(alumínio, magnésio e cobre), devido a oxidação durante o processo de fundição (5).

Tabela III – Tabela do peso em gramas dos metais eletrodepositados no processo galvânico.

Tabela IV – Tabela da análise da composição química dos elementos de liga e Ni eCr.

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As amostras B1 e C27 com galvanoplastia, apresentaram aumento no cobre,

níquel e cromo, devido a adição destes metais pelo processo de eletrodeposição. O

elemento cobre na liga de Zamac influência no aumento da resistência à corrosão, a

resistência mecânica e a dureza da liga (6). O elemento níquel nas amostras B1 e

C27 com galvanoplastia está acima do recomendado. Os testes de desempenho irão

comprovar a influência do aumento do componente da liga cobre e do contaminante

níquel, ambos fora do percentual recomendado, para produção de Fivelas e

Enfeites.

c. Análise da microestrutura

As amostras fundidas por gravidade foram submetidas ao MEV em três peças,

uma amostra para controle fundido a partir de lingote de material virgem imagem II,

uma fundida a partir de peças B1 com galvanoplastia imagem III e outra fundida a

partir de peças C27 com galvanoplastia imagem IV.

Com a análise das imagens obtidas pelo MEV foi evidenciado como esperado,

as amostras fundidas com sucata apresentaram redução na estrutura lamelar,

regiões eutéticas dos componentes da liga, e um aumento considerável na

quantidade de grãos (6) (7).

d. Testes de desempenho das Fivelas e dos Enfeites

i. Propriedades mecânicas das Fivelas (tração e compressão)

Como comportamento das amostras foi semelhante, foram construídos os

gráficos das imagens V e VI com as médias das amostras.

Figura II - Amostra de material virgem. Figura II - Amostra de peças B1 com eletrodeposição.

Figura IV - - Amostra de peças C27 com eletrodeposição.

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Os ensaios comprovaram que todas as amostras atenderam a exigência

mínima de resistência à tração e compressão que é de 250N, conforme NBR

15174:2014. Como esperado as amostras produzidas com uso de sucatas de

diversas peças técnicas em cromo apresentaram desempenho superior as amostras

de material virgem, devido as mudanças na microestrutura (figuras II, III e IV)

ocasionada pela adição de cobre na composição da liga, conforme estudos

anteriores (8).

ii. Ensaios dos acabamentos

Nos ensaios de Fosqueamento, Pororidade, Aderência de tinta e Inspeção

visual, as amostras produzidas com material virgem e com sucata responderam de

maneira similar e satisfatória, não apresentando reprovação para nenhum dos tipos

de amostras.

e. Análise de viabilidade econômica

Enviando as 15 toneladas de sucata para beneficiamento obtêm-se um retorno

de 35% deste peso em matéria-prima virgem, ou seja 5.250kg. A empresa que

realiza o beneficiamento cobra R$ 0,18 por kg de matéria-prima que retornar, assim

representando um custo de R$ 945,00. Convertendo os 5.250kg em reais utilizando

o valor do kg do zamac (R$ 10,00), obtêm-se o valor de R$ 52.500,00, subtraindo

deste valor o custo do beneficiamento, o resultado obtido é de R$ 51.555,00.

Com as 15 toneladas de sucata, subtraindo desta quantidade o maior valor de

escória encontrado, o qual foi de 15,44%, o que representa 2.316kg, assim a sucata

útil seria de 12.684kg. Os 2.316kg de escória pode ser enviado para o

beneficiamento o qual retornaria 50% deste peso (1.158kg) em matéria-prima

virgem, mas seria pago R$ 0,18 por kg do retorno do beneficiamento, somando R$

208,44.

Figura III - Gráfico do ensaio de tração das Fivelas de material virgem e de sucata.

Figura III - - Gráfico do ensaio de compressão das Fivelas de material virgem e de sucata.

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O valor resultante da utilização da sucata é de 12.684kg de sucata útil,

somando mais a matéria-prima de retorno do beneficiamento 1.158kg, obtendo um

valor de 13.842kg o qual multiplicado pelo preço do kg do Zamac resulta em R$

138.420,00, mas é necessário subtrair o custo do beneficiamento, assim obtêm-se

um valor resultante de R$ 138.211,56.

O custo com energia elétrica para fundição da sucata pode ser desprezado,

pois ela pode ser reaproveitada diretamente no cadinho da máquina assim como na

fundição dos lingotes de matéria-prima virgem. A economia resultante com uso da

sucata como matéria-prima para fundição de Fivelas e Enfeites para calçados e

acessórios, pode ser medido utilizando o valor de matéria-prima útil para empresa

com uso da sucata, subtraindo deste o valor da matéria-prima resultante do

beneficiamento, assim R$ 138.211,56 menos R$ 51.555,00 resulta o valor de R$

86.656,56. Esta economia de R$ 86.656,56 poderia resultar na compra de

8.656,56kg de Zamac para uso na fundição.

3. CONCLUSÃO

Analisando os resultados dos ensaios e testes para validação do uso de sucata

como matéria-prima para fundição de Fivelas e Enfeites para calçados e acessórios,

nos permite que as seguintes conclusões sejam apresentadas:

- As análises das composições químicas das amostras B1 e C27, demostram

que as peças mesmo sem aplicação de galvanoplastia apresentam perda nos

elementos de liga, devido oxidação durante os processos de fundição. A amostra B1

que possui maior relação área/volume comparando com a amostra C27, apresentou

maior percentual de contaminantes e cobre após o processo de eletrodeposição.

- Nas imagens do MEV pode ser observado o aumento da quantidade de grãos

na microestrutura das amostras fundidas com uso de sucata, com isso ocorreu uma

diminuição na estrutura lamelar, o que proporcionou maior resistência mecânica as

amostras, como evidenciado nos ensaios de tração e compressão.

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- Os testes de desempenho demostraram excelentes resultados para as

Fivelas e Enfeites fundidos com uso de sucata. No ensaio de tração as amostras de

sucata tiveram maior alongamento e resistiram mais ao esforço, no ensaio de

compressão pode ser evidenciado uma diferença pequena no alongamento entre as

amostras, na resistência ao esforço as peças de sucata superaram as de material

virgem. Nos ensaios de fosqueamento, porosidade, aderência de tinta e inspeção

visual, as peças de ambos formatos e materiais apresentaram desempenho

satisfatório e similar.

- A análise econômica demostrou grande possibilidade de economia para

empresa com uso da sucata como matéria-prima direta na fundição de Fivelas e

Enfeites, representando um valor de R$ 86.656,56 para o ano de 2014.

Portanto as peças fundidas sob pressão com uso de sucata foram aprovadas

em todos os ensaios e testes, apresentando assim um desempenho satisfatório para

o uso da sucata como matéria-prima direta na fundição de Fivelas e Enfeites para

calçados e acessórios, por consequência gerando uma economia considerável para

empresa.

4. REFERÊNCIAS

1- ABNT NBR 15174:2014 Componentes metálicos e plásticos para calçados e

artefatos - Fivelas, Enfeites e reboques/paralamas - Determinação da resistência à

compressão a tração.

2- NBR 14269:2006 Componentes metálicos para calçados e artefatos –

Determinação da resistência ao fosqueamento de peças niqueladas com verniz.

3- ABNT NBR 14223 Componentes metálicos para calçados e artefatos –

Revestimentos protetores aplicados sobre peças injetadas em zamac e peças de

aço – Determinação do grau de porosidade, ela estabelece critérios para análise e

determinação da porosidade dos revestimentos protetores de peças em zamac.

4- ABNT NBR 15264:2005 Determinação da aderência de tinta à ação de escova de

cabelo, para peças de calçados e acessórios.

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5- RICK, Cristiane Fonseca, Estudo da liga à base de zn-al-cu-mg aplicada na

fabricação de jóias folhadas. PUCRS, Porto Alegre: 2006. 99p.

6- GANIVET, M (Brasil) (org). Metalurgia das ligas de zinco – Fundição. v.11. Minas

Gerais: Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, 1987.

7- MOJAVER, R.; SHAHVERDI, H.R.. Relationship between cooling

rate,microstructure features and wear behavior in end-chill cast Zn–27%Al

alloyscontaining more than 2% Cu. Wear, Ira, n.271, p. 2899-2908, set. 2011.

8- Influência do Teor de Alumínio em Injetados Sob Pressão nas Ligas de Zinco –

Adilson Cardinali e Erik Fabio Toledo 2011].

USE OF SCRAP FOR DIE CASTING OF PARTS TO SHOES AND

ACCESSORIES.

ABSTRACT

The feedstock is one of the main expenses of the company, showing a great

opportunity to reduce manufacturing costs. Die cast parts with Zamac Z5 in the form

of technical pieces with electroplating in chrome, rejected during the manufacturing

process, are sent for melioration, losing 65% of this feedstock. The scrapings were

analyzed for their chemical composition and microstructure. With this scrap were die

cast fashion pieces used in shoes and accessories, Buckles and Embellishments,

to realization of performance tests relevant to their applications. The samples fused

from scrap responded satisfactorily to all tests, in some cases superior to castings

with virgin feedstock. It has been shown that scrap can be used as feedstock for

making fashion pieces, showing a considerable reduction in manufacturing costs.

Key-words: Scrap; Cost reduction; Zamac; Die casting.

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