1
Forging & Casting Expertise Combined
ENCONTRO DE USUÁRIOS
MAGMA 2013 Estudo de diferentes tipos de massalotes
(luvas) na obtenção do ferro fundido nodular
Engenheiro de Processos: Geicimar Ismael
2
GRUPO BRASIL Timeline
2000 É criado o Grupo Brasil, com o objetivo de adquerir empresas focadas no segmento de auto peças.
2000 Primeira empresa adquirida pelo Grupo Brasil: MTP – Metalúrgica Tubos de Precisão Ltda. – tubos de aço sem costura
2002 Aquisição da Sifco , peças forjadas e usinadas para caminhões e ônibus, e também de sua subsidiária Westport Axle Corp que vende eixos pesados para caminhões e outros componentes usinados da Sifco na América do Norte.
2002 Aquisição da Vulcan Material Plástico Ltda, plásticos laminados.
2004 Aquisição da Alujet Industrial e Comercial Ltda., rodas de liga leve.
2006 Aquisição da ThyssenKrupp Fundições Ltda., nomeada BR Metals Fundições Ltda., peças de ferro fundido cinzento e nodular.
2008 Aquisição da Karmann Guia, ferramentaria de estampos.
Ano Evento
Encontro de usuários MAGMA 2013
3
Localização
Planta Matozinhos - MTZ Capacidade: 2,000 Ton / mês
MG
SP RJ
MG
SP RJ
Sifco Plant
BP Plant
MTZ Plant
Planta Barra do Piraí - BP Capacidade: 8,000 Ton / mês
BH
SP RJ
Encontro de usuários MAGMA 2013
Sifco Jundiaí Capacidade: Ton / mês
4
Planta Barra do Piraí
Área total: 3.8 M m2
Área Construída: 45,000 m2
Capacidade Produção: 8,000 t/ Mo
N° Empregados: 1,480
Materiais: Cinzento 30%
Nodular 70%
60 moldes / h Capacidade
1.250 x 950 x 400/400 Tamanho Caixa (mm)
30 a 300 Peso (kg)
Green Sand
Künkel & Wagner Processo
II Linhas moldação
7 moldes / dia
Customized
Até 1.000
No Bake
III
110 moldes / h 2,5 M pçs / ano
900 x 700 x 300/300 450 x 350 x 720
20 a 80 1 a 35
Green Sand Künkel & Wagner
Shell molding
V IV
Encontro de usuários MAGMA 2013
5
Planta Matozinhos
120 moldes / dia Capacidade
Customizado Tamanho Caixa (mm)
300 a 2.000 Peso (kg)
No Bake Processo
Linha Leve Linhas moldação
10 moldes / dia
Customizado
2,000 a 30,000
No Bake
Linha Pesada
Área: 225,000 m2
Área construída: 18,000 m2
Área disponível para
usinagem 1,325 m2
Capacidade Produção: 2,000 t/ Mo
N° Empregados: 460
Materiais: Cinzento 15%
Nodular 85%
Encontro de usuários MAGMA 2013
7
Virabrequim 2.3l Peso: 20 kg
Virabrequim 1.8l 12 kg
Virabrequim 1.4l 12 kg
Virabrequim 1.2l 9 kg
Virabrequim 2.5l 20 kg
Linha de Produtos : Automóveis
Encontro de usuários MAGMA 2013
8
Quinta Roda 104 kg
Tambor de Freio 70 kg
Volante 30 kg
Linha de Produtos: Caminhões e Ônibus
Encontro de usuários MAGMA 2013
9
Carcaça Semi Eixo
132 kg
Munhão do Eixo
18 kg
Cubo
220 kg
Braço do Levantador
81 kg
Carc. Conversor Torque
180 kg
Roda Traseira
2.980 kg
Linha de Produtos: Construção e Mineração
Encontro de usuários MAGMA 2013
10
Carcaça Central 84 kg
Carcaça do Diferencial 346 kg
Carcaça de Transmissão 152 kg
Carcaça do Semi-eixo 63 kg
Linha de Produtos: Agrícola
Encontro de usuários MAGMA 2013
11
Rotor
8.920 kg
Base Suporte
16.450 kg
Base Suporte
8.250 kg
Eixo
2.210 kg
Linha de Produtos: Energia Eólica
Encontro de usuários MAGMA 2013
Matozinhos
12
Linha de Produtos: Industrial
Bloco do
Compressor 700 kg
Rotor 2.310 kg
Bloco do Motor
20.300 kg
Estampos
Carcaça da Bomba
Encontro de usuários MAGMA 2013
13
Objetivo do trabalho
Encontro de usuários MAGMA 2013
Objetivo Principal:
-Correlacionar a prática com o MAGMA
Objetivos secundários:
-Verificar a luva de melhor rendimento metalúrgico
-Verificar a influência do material das luvas na alimentação
-Verificar a influência do tipo da luva na alimentação
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Definição de massalote
Encontro de usuários MAGMA 2013
Função do massalote:
-Reserva de metal líquido com o objetivo de compensar a contração do
metal líquido.
-Deve possuir módulo maior que a região a ser alimentada
-Deve possuir volume suficiente para alimentar a região solicitada
-Podem ser feitos naturais (areia) ou com a utilização de luvas em
diferentes materiais e dimensões:
•Material isolante
•Material exotérmico
•Material super exotérmico
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Cálculo Módulo da peça
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça Cálculo do volume
V= 15x15x15
V= 3.375 cm³
Cálculo da área
A= 15x15x6
A= 1.350 cm²
Cálculo do módulo
M= V/A
M= 3.375/1350
M= 2,5 cm
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Cálculo do volume necessário para o massalote com luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Regra da contração
Esta regra avalia se o(s) massalote(s) tem volume de metal suficiente para compensar a contração volumétrica da
peça ou parte da peça que esta sendo alimentada.
Assim o massalote deve atender a seguinte relação:
∑Vm ≥ Vc x K’ x r, onde:
∑Vm = somatória dos volumes dos massalotes;
Vc = volume da cavidade do molde correspondente à peça ou parte de peça a ser alimentada;
r = taxa de contração volumétrica
K’ = coeficiente de eficiência do massalote.
Coeficiente de eficiência do massalote: K’
O quadro abaixo apresenta valores para o coeficiente de eficiência do massalote em função do tipo de massalote,
da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos.
17
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Taxa de Contração Volumétrica: r
O quadro a seguir, apresenta valores para taxa de contração volumétrica (r) em função do tipo de liga, do
sobreaquecimento do metal e tipo de moldes. O sobreaquecimento é a diferença entre a temperatura de vazamento
da liga e a do liquidus.
18
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Valores de ds e dq e relação ds/dq
Como o volume da cavidade do molde é maior que o volume da peça sólida, no momento de verificar a suficiência
do volume do massalote, é necessário estabelecer uma correção. Para encontrar este fator de correção, dividi-se a
densidade sólida pela densidade líquida do material a ser fundido.
Este volume corrigido é encontrado empregando a seguinte relação:
Vc = Vp x ds/dq, onde:
Vc = volume da cavidade;
ds = densidade do metal sólido;
dq = densidade do metal líquido.
O quadro abaixo, apresenta valores para ds, dq e da relação ds/dq
19
Cálculo do volume necessário para o massalote com luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Cálculo do volume necessário para o massalote
Com todos estes dados, temos o seguinte volume necessário para o massalote:
Vm ≥ Vc x K’ x r, sendo:
Vc = 3.375 x 1,058
Vc = 3.570,75 cm³
K’ = 4 (massalotes cobertos com luvas e/ou pó exotérmico
r = 0,03 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde rígido para ferro fundido nodular)
Vm ≥ 3.570,75 x 4 x 0,03
Vm ≥ 428,49 cm³
r = 0,1 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde não rígido para ferro fundido nodular)
Vm ≥ 3.570,75 x 4 x 0,1
Vm ≥ 1.428,30 cm³
OBS: para molde não rígido teoricamente,o volume do massalote deve ser 70% maior.
20
Cálculo do massalote direto cego sem luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Cálculo do massalote direto cego sem luva
Mp = 2,5 cm
Mm = Mp x K
Mm = 2,5x1,2
Mm = 3,0 cm
Dm = 4,5xMm
Dm = 4,5x3,0
Dm = 135 mm
Hm = 1,5xDm
Hm = 1,5x135
Hm = 202,5 mm
Vm = 3.570,75 x 6 x 0,03
Vm = 642,735 cm³
Lm = 0,5xDm
Lm = 0,5x135
Lm = 67,5 mm
O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de
massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos
21
Cálculo do massalote direto cego com luva
Encontro de usuários MAGMA 2013
Cálculo do massalote direto cego com luva
Mp = 2,5 cm
Mm = Mp x K
Mm = 2,5x0,9
Mm = 2,25 cm
Dm = 4,0xMm
Dm = 4,0x2,25
Dm = 90 mm
Hm = 1,0xDm
Hm = 1,0x90
Hm = 90 mm
Vm = π/4 x Dm² x Hm
Vm = 572,55 cm³
O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de
massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos
Luva 9x12 – super exotérmica
22
Comparativo massalotes - luvas
Encontro de usuários MAGMA 2013
Massalote 1 Massalote 2
Massalote 4 Massalote 3
23
Comparativo massalotes - luvas
Encontro de usuários MAGMA 2013
Massalote 5
Massalote 8 Massalote 7
Massalote 6
24 Encontro de usuários MAGMA 2013
Comparativo massalotes - luvas
Peça 1 Peça 2 Peça 3
Peça 4 Peça 5 Peça 6
Peça 7
Modificada a seção de 60% para
50% conforme as demais.
25 Encontro de usuários MAGMA 2013
Comparativo massalotes - luvas
-Luva 12x15 ISO120
-Isolante
-Peso metal: 9,69Kg
-Luva 10x13 EXO130
-Exotérmica
-Peso metal: 5,98Kg
-Luva 9x12 EXO200
-Super exotérmica
-Peso metal: 4,66Kg
-Luva 80D EXO200
-Super exotérmica
-Peso metal: 3,53Kg
-Luva Ø105 EXO200
-Super exotérmica
-Peso metal: 3,96Kg
-Luva 8x11 EXO200
-Super exotérmica
-Peso metal: 7,76Kg
-Luva 9x12 EXO200
-Super exotérmica
-Peso metal: 5,01Kg
Luvas de mesma geometria
Peça 1 Peça 7 Peça 6 Peça 5 Peça 4 Peça 3 Peça 2
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Dados do Teste
Encontro de usuários MAGMA 2013
Dados do teste:
-Peso / peça: 23,95 Kg
-Peso total: 271,15 Kg
-Luva 1: Iso 120 - 12x15,
macho estrangulador Willy
-Luva 2: Exo 130 - 10x13
macho estrangulador Willy
-Luva 3: Exo 200 - 9x12,
macho estrangulador Willy
-Luva 4: Exo 200 – 80D,
macho estrangulador Willy
-Luva 5: Exo 200 – Ø105,
macho estrangulador Willy
-Luva 6: Exo 200 – 8x11 RBI,
macho estrangulador Willy
-Luva 7: Exo 200 – 9x12,
macho estranguladro cônico
-Sem luva
5 7 8
3 2 1 4
6
Stable mold: molde rígido
28
Teste prático
Encontro de usuários MAGMA 2013
Modelo superior Molde superior Peças + massalotes
3 2 1 4
6 7 8 5
Peça sem massalote
29
Dados práticos do vazamento e Parâmetros MAGMA
Encontro de usuários MAGMA 2012
Parâmetros MAGMA e dados prático do vazamento:
Prática:
-Temperatura de vazamento: 1390°C
-Tempo de vazamento: 23s
Magma:
-Inoculação: good
-Eficiência da inoculação: 50%
-Precipitação de grafita: 8
30
Módulo térmico peça 1 - 4
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 4
Luva 80D super
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12
super exotérmica
Peça 4
Luva 80D
super exotérmica
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
31
Módulo térmico peça 5 - 8
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 5
Luva Ø105
super exotérmica
Peça 7
Luva 9x12
super exotérmica
Peça 6
Luva 8x11 super
exotérmica
Peça 8
Sem luva
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
dentro do
massalote
Maior módulo
próximo da
seção de ligação
32
Ponto quente MAGMA peça 1 - 4
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 4
Luva 80D super
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Peça 3
Luva 9x12 super
exotérmica
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 1
Luva 12x15
Isolante
Peça 3
Luva 9x12
super exotérmica
Peça 4
Luva 80D
super exotérmica
Peça 2
Luva 10x13
exotérmica
Ponto quente
no massalote
Ponto quente
no massalote Ponto quente
no massalote
Ponto quente
no massalote
Ponto quente
no massalote
33
Ponto quente MAGMA peça 5 - 8
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 5
Luva Ø105
super exotérmica
Peça 7
Luva 9x12
super exotérmica
Peça 6
Luva 8x11 super
exotérmica
Peça 8
Sem luva
Ponto quente na
seção de ligação
do massalote
Ponto quente
no massalote Ponto quente
no massalote
Ponto quente
no massalote
34
Precipitação de grafita x Tendência a porosidade MAGMA
Encontro de usuários MAGMA 2013
Precipitação de grafita 6
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8
Precipitação de grafita 8
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6
Precipitação de grafita 7
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8 PÇ 9
PÇ 9
PÇ 9
PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8
36
Tendência a porosidade MAGMA x prática
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica
Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 – Luva 80D super exotérmica
Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica
Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica
Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica
Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 – Luva 80D super exotérmica
Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica
Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica
37
Tendência a porosidade MAGMA x prática
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 5 – Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super exotérmica
Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 – sem luva
Peça 5 – Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super exotérmica
Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica
Peça 5 – Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super exotérmica
Peça 8 – sem luva
Peça 5 – Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super exotérmica
Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica
38
Redução de altura no massalote – contração líquida
Encontro de usuários MAGMA 2013
Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 4 – Luva 80D super exotérmica Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica
Peça 8 – sem luva Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 5 – Luva Ø105 super
exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super
exotérmica
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
135 mm 127 mm - 8 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
118 mm 102 mm - 16 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
111 mm 102 mm - 9 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
115 mm 107 mm - 8 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
85 mm 97 mm - 12 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
208 mm 197 mm - 11 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
111 mm 105 mm - 6 mm
Altura interna
luva
Altura massalote
Diferença de altura
202 mm 187 mm - 15 mm
39
Comparativo geral massalotes e luvas
Encontro de usuários MAGMA 2013
Maior Custo
de Produção
OBS: Para o cálculo do preço do metal dos massalotes foi
considerado o preço do metal base de R$ 1,65/Kg.
MAIOR
40
Comentários finais:
Encontro de usuários MAGMA 2013
-Para que se tenha um menor custo de produção, fica mais viável a utilização de luvas com material
super exotérmico.
-O maior custo é o com a utilização de massalote sem luva.
-O melhor rendimento metalúrgico foram das luvas 80D – domada e da luva esférica Ø105 mm, ambas
produzidas com material super exotérmico.
-O tipo de luva a ser utilizado será em função do tipo da peça, da região a ser alimentada, o tipo de
linha de produção, o tipo de moldação, tipo de areia etc.
-Descobrimos que para cada tipo de material das luvas, isolante, exotérmico e super exotérmico, para
definirmos o Ø do massalote direto cego, devemos utilizar um fator multiplicativo diferenciado:
•Super exotérmico: Dm = 4,0 x Mm
•Exotérmico: Dm = 4,4 x Mm
•Isolante: Dm = 5,3 x Mm
OBS: Nas apostilas técnicas não temos estas informações, temos apenas a equação: Dm = 4,0 x Mm
-Mantendo a relação da seção de ligação de 50% do Ø massalote para todos os massalotes do
trabalho, temos para as luvas com material super exotérmico uma menor seção de ligação, com isto
uma maior facilidade de quebra do massalote e um menor tempo de rebarbação.
-Parâmetros de processo, principalmente inoculação, deve ser bem controlado. Com inoculação
insuficiente o sistema de alimentação (massalotes), pode tornar-se insuficiente.
41
Oportunidades de trabalhos:
Encontro de usuários MAGMA 2013
-Desenvolvimento de luvas específicas para determinados tipos de peças.
-Desenvolvimento de luvas de menor altura e em consequência menor volume e peso.
-Fazer um trabalho mantendo apenas 1 tipo de material para luva e variar o estrangulamento da seção
de ligação do massalote, verificando a influência na alimentação.
-Fazer um trabalho modificando o tipo da areia de moldação, com o objetivo de verificar na prática a
influência da resistência do molde na alimentação:
•Areia aglomerada com resina, sem compactação: Die mold
•Areia aglomerada com resina, com compactação: Stable mold
•Areia aglomerada com bentonita, com compactação: Weak mold
-Verificar a influência da cunha atmosférica na eficiência dos massalotes.
-Fazer parceria com escolas técnicas para o desenvolvimento destes trabalhos, SENAI de Itaúna.
-Verificar a influência da inoculação na alimentação.
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