Aula 05 - Processos de Fundição

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Revisando

Fundição é um processo de fabricação onde ummetal ou liga metálica, no estado líquido, évazado em um molde com formato e medidascorrespondentes aos da peça a ser produzida. Apeça produzida por fundição pode ter as formas edimensões definitivas ou não. Em muitos casosapós a fundição, a peça é usinada para seremfeitos ajustes dimensionais ou mesmoconformada mecanicamente (por exemplo, serforjada), para que as formas e dimensões finaissejam obtidas.


Processos de Fundição

Em muitos casos os processos de fundiçãoapresentam algumas vantagens em relação aoutros tipos de processos de fabricação, como nocaso da produção de peças complexas e comcavidade internas, ou na produção de peçasmuito grandes.

Por outro lado, as propriedades mecânicas depeças fundidas geralmente são inferiores àspropriedades de peças conformadasmecanicamente. Além disso, durante o processode solidificação pode haver formação deporosidade.



Os fatores que devem ser considerado para se escolheradequadamente o processo de fabricação são:• Quantidade de peças a produzir;• Projeto da fundição;• Tolerâncias requeridas;• Grau de complexidade;• Especificação do metal;• Acabamento superficial desejado;• Custo do ferramental;• Comparativo econômico entre usinagem e fundição;• Limites financeiros do custo de capital;• Requisitos de entrega.



O material com o qualvai ser produzida apeça no processo defundição parte doestado líquido. Logoaspectos relacionadoscom a solidificação demetais e ligas devemser considerados.



Os processos de fundição podem produzirpeças já em sua forma e acabamentodefinitivos ou constituírem o processo inicialde peças que serão posteriormenteconformadas e/ou usinadas. A fundiçãopermite a fabricação de peças com formasbastante complexas e sem limitação dedimensões.



Existe uma série de processos de fundiçãodentre eles:

• fundição por gravidade,

• sob pressão,

• por centrifugação,

• de precisão.



Devem ser consideradas as seguintes etapasdentro dos processos de fundição,independentemente do processo adotado:• desenho da peça,

• projeto do modelo,

• confecção do modelo,

• fusão do metal,

• vazamento no molde,

• desmoldagem da peça,

• limpeza e rebarbação ,

• controle de qualidade.



O projeto de uma peça a ser fundida develevar em conta os fenômenos que ocorremdurante a solidificação tal como contração desolidificação, estrutura dendrítica, tensões deresfriamento e espessura das paredes(paredes muito finas não são preenchidas pelometal líquido no molde).

Os moldes podem ser feitos utilizando-seareia (não permanentes) ou mesmo ligasmetálicas (permanentes).



Os modelos são utilizados para dar a forma dofundido, quando são utilizados moldes nãopermanentes. Esses modelos podem ser feitos demadeira, de plástico ou de metal. A seleção domaterial do modelo depende do tamanho, forma,tolerâncias e quantidade de peças a seremproduzidas. Os modelos devem ser facilmenteretirados dos moldes e devem ser de tamanhoque compense as contrações térmicasdecorrentes da solidificação. Deve-se tambémdeixar um sobre metal para posterior usinagem,quando for o caso.


Fundição em Areia

O método mais tradicional utilizado emfundição é o de moldes de areia.


Fundição em Areia

Essa areia é disposta em caixas utilizadas emfundição.

No molde em areia são também colocados osmachos.

Após a solidificação do metal ou liga no estadolíquido vazado, o molde e os machos sãoquebrados.

São também cortados os massalotes e canaisde alimentação e feita a rebarbação.


Fundição em Areia

Este processo consiste em assentar o modelona areia, de forma a se obter a forma da peçaa ser fundida no molde.

Dentre as areias comuns está a areia verde. Aareia verde é composta essencialmente deareia silicosa, de argila e de água.

A areia sintética tem a seguinte composiçãoem porcentagem em peso: 80% de areia, 16%de argila e 4% de água.


Fundição em Areia

As areias de fundição são preparadas emmisturadores, onde inicialmente sãoadicionados os componentes secos eposteriormente a água até a totalhomogeneização da mistura.

Essa areia é colocada ou montada sobre omodelo, colocado na caixa de moldar.


Fundição em Areia

Existe ainda outro processo que utiliza moldesperdidos é o processo de moldagem plena.

Nesse processo são utilizados como modelosespuma de poliestireno.

A espuma de poliestireno pode ser facilmentecortada e podem ser obtidos com facilidademodelos bastante complexos.

A moldagem é conduzida do mesmo modo queno processo de fundição em areia, mas o modelonão é retirado, pois durante o vazamento opoliestireno vaporiza, sendo substituído pelometal.


Fundição em Areia

Existem grandes vantagens na confecção de peças. Embora a grande quantidade de gás gerado levasse a um acabamento superficial ruim.


Fundição em Casca

Outro processo importante, que utiliza areia, é o processo Shell ou fundição em casca.

Esse processo consiste em utilizar um modelo de material metálico ferroso ou alumínio, que é aquecido entre 175 e 370ºC.

Sobre o modelo é feito um recobrimento de um material como o silicone.

Esse modelo é então colocado dentro de uma caixa com areia e 2,5 a 4% de uma resina.


Fundição em Casca

A caixa é então movimentada.

A areia fica então aderida à superfície domodelo.

Essa “casca” (Shell) é curada por um períodocurto de tempo e será o molde para aposterior fundição da peça.

O processo Shell tem grande aplicação naprodução de peças como engrenagens, ondegrande precisão e bom acabamentosuperficial são necessários.


Fundição em Casca


Fundição por Cera Perdida

A primeira etapa desse processo consiste eminjetar cera na matriz para a confecção dosmodelos.

Esses modelos de cera são conectados a umcanal central.

Sobre os modelos é depositada uma pastarefratária, que pode ser constituída por váriascamadas, formando o molde.



Quando o molde endurece, ele é aquecidopara que a cera derreta e seja retirada domolde.

Após a retirada da cera, o metal líquido évazado no molde.

Após a solidificação do metal ou liga, o moldeé quebrado e são retiradas as peças, as quaissão separadas do canal central e feito oacabamento final.




Fundição por Centrifugação

Nesse processo o molde tem um movimentode rotação.

A força centrifuga faz com que o metal líquidová de encontro às paredes do molde, ondesolidifica.

O cilindro que atua como molde é rodeadopor uma camisa de água


Fundição por Centrifugação


Fundição à Vácuo

Esse processo é semelhante ao de fundição comareia verde. A diferença está na existência devácuo que facilita o preenchimento do molde.


Fundição por Moldes Permanentes

Uma das aplicações mais importantes de moldespermanentes, que são moldes metálicos, é naprodução de lingotes.

Lingotes são fundidos de forma cilíndrica ouprismática, os quais são processadostermomecanicamente.

Podem ser também produzidos moldes metálicospara a produção de peças, como no caso dosprocessos apresentados anteriormente.


Fundição por Moldes Permanentes


Fundição Sob Pressão

Os moldes metálicos utilizados em fundição sobpressão são chamados de matrizes.

A matriz, feita de aço ferramenta tratadotermicamente, é geralmente construída em duaspartes que são fechadas hermeticamente no momentodo vazamento do metal líquido.

O metal é bombeado na cavidade da matriz sobpressão suficiente para o preenchimento total de todosos seus espaços e cavidades.

A pressão é mantida até que o metal se solidifique.Então, a matriz é aberta e a peça ejetada por meio depinos acionados hidraulicamente.



Muitas matrizes são refrigeradas a água. Isso éimportante para evitar superaquecimento da matriz,aumentando sua vida útil e evitando defeitos naspeças.

O processo de fundição sob pressão realizado namáquina de câmara quente utiliza um equipamento noqual existe um recipiente aquecido (forno), onde ometal líquido está depositado.

No seu interior está um pistão hidráulico que, aodescer, força o metal líquido a entrar em um canal queo leva diretamente à matriz.



A pressão exercida pelo pistão faz com quetodas as cavidades da matriz sejampreenchidas, formando-se assim a peça após asolidificação.

Logo após a solidificação do metal, o pistãoretorna à sua posição inicial, mais metallíquido entra na câmara, por meio de umorifício, e o processo reinicia.





Já a máquina de fundição sob pressão de câmara fria éutilizada, quando a liga apresenta ponto de fusãoelevado, prejudicando o sistema de bombeamento(cilindro e pistão).

Este processo é empregado principalmente para fundirligas de alumínio, magnésio e cobre.

O princípio de funcionamento desse equipamento é omesmo do equipamento que utiliza câmara quente.

A diferença é que o forno que contém o metal líquido éuma unidade independente, de modo que o sistema deinjeção não fica dentro do banho de metal.





Como todo o processo de fabricação, a fundição sobpressão tem uma série de vantagens e desvantagens.

Vantagens:• peças de ligas como as de alumínio, fundidas sob pressão,

apresentam maiores resistências do que as fundidas em areia;• as peças fundidas sob pressão podem receber tratamento de

superfície com um mínimo de preparo prévio da superfície;• possibilidade de produção de peças com formas mais

complexas;• possibilidade de produção de peças com paredes mais finas e

tolerâncias dimensionais mais estreitas;• alta capacidade de produção;• alta durabilidade das matrizes



Desvantagens:

• limitações no emprego do processo: ele é usado paraligas não-ferrosas, com poucas exceções;

• limitação no peso das peças (raramente superiores a 5kg.);

• retenção de ar no interior das matrizes, originandopeças incompletas e porosidade na peça fundida;

• alto custo do equipamento e dos acessórios, o quelimita seu emprego a grandes volumes de produção.



A indústria automobilística utiliza uma grande quantidadede peças fundidas sob pressão:• tampas de válvulas,• fechaduras,• carcaças de motor de arranque,• maçanetas,• caixas de câmbio de máquinas agrícolas, etc.

O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que utilizapeças fundidas principalmente de ligas de alumínio emagnésio.

Essa variedade de produtos indica a importância desseprocesso de fabricação dentro do setor de indústria metal-mecânica.


Fundição Contínua

Nesse processo o metal (ou liga) fundidoescoa em matrizes, resfriadas com água.

Durante o escoamento esse metal solidifica noformato dessas matrizes (quadrada,retangular, etc.)





Parte Superior



Parte Inferior


Outros Processos

Solidificação direcional.• Exemplo de aplicação: palhetas de turbina.

Isso trás uma otimização da microestrutura, aumentando aresistência em fluência.


Outros Processos

Melt spinning é umprocesso onde a liga ésolidificada de formatão rápida, que o sólidoformado não temestrutura cristalinadefinida, ele é amorfo.Isso gera um aumentodo limite desolubilidade e reduçãoda micro-segregação.


OBRIGADO!

Março de 2011

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Aula 05 - Processos de Fundição