Aulas 08 e 09- Processos de Moldagem e Macharia Em Areias

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Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

Aulas 08 – Processos de Moldagem em Areia à Verde

1. Introdução

Divisão clássica dos materiais de moldagemAspectos relevantes no comportamento dos materiais de moldagem

2. Processos de Fundição em Moldes de Areia

Tipos de ligantesAreias para moldes e para machosMétodos para compactação de moldes e machos.

3. Moldagem em Areia à Verde.Características tecnológicas de um molde de areia.Fatores determinantes das características tecnológicas.Constituintes das misturas.Moldagem manualMoldagem mecânica – Máquinas de MoldagemCaracterização das matérias primas de moldagem através de Ensaios de Laboratório de Areias.Programa de controle de um sistema de areias.

Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem

Moldes Metálicos

Moldesde Areia

Destrutíveis (uma utilização)

A areia pode ser reciclada

Piores precisões dimensionais

Não Destrutíveis (vida finita)

Limitações quanto a peso das peças e temperatura do metal

Melhores precisões dimensionais

Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde

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Aspectos Relevantes no Comportamento dos Materiais de Moldagem

• Projeto e construção dos moldes

• Comportamento dos moldes durante o processo

• Ensaios e controle das propriedades dos materiais de moldagem

• Significado metalúrgico dos moldes


Processos de Fundição em Moldes de Areia

Tipo de

Ligante

Inorgânicos

Orgânicos

Argilas

Resinas


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Características necessárias para um molde de areia

Plasticidade ⇒ Resistência a esforços (extração do modelo)

Consistência ⇒ Reproduzir e conservar a forma da cavidade após a extração do modelo

Refratariedade ⇒ Resistir às temperaturas elevadas às quais são submetidos

Permeabilidade ⇒ Permitir a saida do ar e de gases da cavidade do molde

Colapsibilidade ⇒ Devem ser facilmente destrutíveis após a solidificação das peças


Areias paraMoldes

À Verde Bentonita +Água

Aglomerados com Resinas

Areias paraMachos

Aglomerantes orgânicos/inorgânicos


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Areias paraMoldes

Areias paraMachos

Areia à VerdeAreia Seca

Areia de Cura à Frio (Cold Box)

Areia para Shell Moulding

Areia + Silicado de Na + CO2

Areia de Cura à Quente (Hot Box)

Areia + Óleo de Linhaça


Métodos de Compactação Usados na Produção de Moldes

1. Socamento Manual 2. Compressão

3. Ação Vibratória 4. Arremesso

Areia

P


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Métodos de Compactação Usados na Produção de Machos1. Socamento Manual

Ar comprimido

Bocais

Câmara

Caixa de Machos

2. Sopro e Disparo


Areias para Moldagem à Verde

2. Constituintes da Mistura.

1. Características de um Molde de Areia.

3. Caracterização dos Constituintes e da Mistura através de Ensaios de Laboratório.


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Características Tecnológicas de um Molde de Areia

• Permeabilidade

• Estabilidade Térmica Dimensional• Inércia Química

• Difusividade Térmica

• Refratariedade

• Desmoldabilidade


Fatores determinantes das características tecnológicas

• Qualidade dos materiais de moldagem.

• Teores dos constituintes.

• Forma de preparação da mistura.

• Forma de compactação.


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MOLDAGEM EM AREIA A VERDE :

AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS

Areia Base ⇒ constituinte granular refratário

Aglomerante ⇒ bentonita ⇒ ação de ligação entre os grãos da areia base.

Água ⇒ ligações químicas ⇒ “aglomeração” dos grãos


• aumenta resistência aos efeitos da expansão térmica da sílica

Aditivos:Pó de Carvão:

• atenua efeitos de expansão da sílica

• reduz contato do metal líquido com a superfície do molde ⇒ Melhora o acabamento superficial

Amido de Milho (Mogul)• aumenta a plasticidade

Dextrina


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Moldagem Manual

• Peças de grande porte e/ou produzidas empequena escala

• Utiliza modelos soltos e soquetes manuais ou marteletes pneumáticos.

• Apresenta limitações quanto a precisão dimensional e o acabamento superficial das peças obtidas

• Os moldes obtidos são muito heterogêneos


Moldagem Mecânica

• Peças de pequeno e/ou médio portes

• Produção em grandes séries

Utiliza Máquinas ou Prensas de Moldagem

• Modelos geralmente em placas (em um ou nos dois lados da placa → “match plate”

• Permite obtenção de peças com melhor precisão dimensional


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Máquinas de Moldagem

1. Somente por Impacto

• Movimento de ascensão e descenso da placa de suporte.

• 1a geração de Máquinas de Moldagem

• Utilizada para Moldes de Pequeno PortePistão de Vibração



2. Impacto + Compressão

• Combinam ações de impacto e compressão.

• Indicadas para moldes maiores que exigem maiores esforços.

P

Pistão de Vibração

Placa de Compressão


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3. Prensas de Moldagem

DISAMATIC

Prensa Especial de Moldagem

• Partição Vertical do Molde

• Opera sem caixa

• 03 Modelos com Dimensões Padronizadas


DISAMATIC

Seqüência de Operações:

MOLDAGEM

EXTRAÇÃO DO MODELO

COLOCAÇÃO DE MACHOS

FECHAMENTO

VAZAMENTO/RESFRIAMENTO

DESMOLDAGEM


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Caracterização das Matérias Primas de Moldagem através de Ensaios em Laboratório de Areias

Areia Base

Granulometria

Teor de Argila AFS

Módulo de Finura

Coeficiente de AngularidadeConcentração

Teor de Finos

Partículas < 20µm


Caracterização das Matérias Primas de Moldagem através de Ensaios em Laboratório de Areias

Bentonita

Partículas Grossas(% retido em 200 mesh)

Inchamento → troca iônica

Adsorção de Azul de Metileno →grau de pureza (troca iônica)

Mistura Padrão (5% bentonita) →Ensaios Tecnológicos


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Programa de Controle de um Sistema de Areias

Propriedades Tecnológicas

Variáveis de Composição

Resistência

Plasticidade

Permeabilidade

Compactibilidade

Teor de UmidadeTeor de Argila Total (AFS)Teor de Argila Ativa

GranulometriaTeor de Voláteis


Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

Aulas 09 – Processos de Moldagem e Macharia em Areias Aglomeradas com Resinas

1. Introdução

Diferentes processos de moldagem e macharia que utilizam areias aglomeradas com resinas.

2. Processos de Moldagem e Macharia

Areia – Silicato de Sódio – CO2Areia – Cimento.Shell MouldingCaixa Fria (Cold Box)Caixa Quente (Hot Box)

Constituintes das Misturas§ Processamento§ Mecanismos de Cura§ Características dos Moldes/Machos§ Vantagens e Limitações.

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SHELL MOULDING (Moldagem em Casca)

Constituintes da Mistura

Areia Base + Resina

Termofixa + Catalizador

Mecanismo de Cura

O filme de resina é total ou parcialmente polimerizado pela ação do calor.

AREIA COBERTA

Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians.

SHELL MOULDINGProcedimento para Obtenção de Moldes Shell

• Mistura ⇒ Areia “Coberta”

• Colocação da areia em caixa basculante.

• Basculamento da areia sobre a placa modelo (recoberta com desmoldante e pré-aquecida à 200-2600C.

• Manutenção pelo tempo necessário à formação da espessura de casca desejada.

• Basculamento para remoção da areia não curada.

• Extração da casca (meio molde).

• Fechamento do Molde (colagem de duas cascas).


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Caixa Basculante

Suporte

Areia Coberta

Placa Modelo

Casca curada

Processo Shell Moulding

a) Modelo é erguido em direção à caixa basculante

b) Areia “cura”em contato com a placa aquecida

c) Modelo e caixa são basculados. d) Modelo e “casca” são abaixados..

e) A “casca” (meio molde) é extraída da placa modelo.

f) Molde obtido pela união entre 02 “cascas”.


Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2

1.Processamento

• Mistura (areia + Silicato de Na)

• Compactação (molde ou macho)

• Gasagem com CO2

2. Mecanismo de Cura:

• Modificações fisico-químicas produzidas no filme de silicato pela ação do CO2

⇒


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3. Características dos moldes/machos:

• Elevada Rigidez ⇒ Estabilidade dimensional em peças de grande porte.

• Baixa Colapsibilidade ⇒ Restrições na utilização e necessidade de aditivos.

Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2


Processo Areia - Óleo

2. Mecanismo de Cura

• Filme de óleo sobre as partículas de areia polimeriza sob a ação do calor ou de aceleradores químicos.

1. Processamento

• Mistura (areia + óleo de linhaça)


• Estufagem (200-2500C) → 1-4 h

• Cura ao Ar → 4-24 h

⇒


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Processo Areia - Óleo

3. Características dos moldes/machos:

• Baixa Rigidez ⇒Indicado principalmente para machos pequenos e de geometria simples.

• Alta Colapsibilidade ⇒Poucas restrições na utilização e dispensa o uso de aditivos.


Processo Caixa Fria (Cold Box)

1. Processamento

• Mistura: Areia + Sistema Fenólico-Uretânico (resina fenólica +isocianato)


• Introdução do Catalisador (Amina Terciária ) noa forma de suspensão em um gás (CO2 - N2 ou ar).

2. Mecanismo de Cura

⇒Polimerização das resinas sob a ação do catalisador do tipo amina terciária.


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3. Aplicações ⇒ Fabricação de machos em pequenas e grandes séries.

4. Características:

• Rapidez na obtenção.

• Excepcional Colapsibilidade.



Vantagens:

• Elevada Colapsibilidade

• Elevada produtividade

• Fluidez da mistura

• Excelente acabamento superficial

• Baixa pressão de compactação

• Dispensa armações metálicas

• Não requer estufagem

• Precisão dimensional

• Utilização imediata após extração


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Desvantagens:

• Alto custo das resinas e catalizador

• Rigoroso controle da qualidade da areia

• Necessidade de controle da temperatura de trabalho da areia

• Ferramentais para produção seriada exigem mais detalhes elevando os custos

• O ambiente precisa ser arejado com controle da exaustão• Baixo tempo de estocagem (elevada higroscopia)

• O sistema de gasagem aumenta o custo


Processo Caixa Quente (Hot Box)

1. Constituintes da Mistura

Areia Base + Resinas + Catalizador

Resinas

Uréia-formol/álcool furfúrico

Uréia-formol/fenol-formol

Fenol-formol/álcool furfúrico

Catalizador: latente ⇒Quando decomposto pelo calor da caixa de macho, libera o composto ativo que provoca a cura.


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1. Processamento

• Mistura: Areia + Resina + Catalizador

• Sopro ou tiro da mistura numa caixa metálica previamente aquecida.

• Manutenção por um período de tempo necessário para a cura

2. Mecanismo de Cura ⇒

O calor do ferramental inicia a reação exotérmica que endurece o macho progressivamente da periferia para o centro em função da polimerização da resina.



3. Aplicações ⇒Produção de grandes séries de machos maciços, de espessura reduzida e com elevado índice de complexidade.

• Os machos de maior espessura devem ser feitos preferencialmente com resina furânica devido maior rapidez na cura

⇓

• Maior rapidez de cura e redução no tempo de permanência no ferramental.


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Vantagens:

• Copia facilmente detalhes (alta fluidez).

• Bom acabamento.• Usa-se areia mais grossa ⇒ menor consumo de resinas.• Boa colapsibilidade.

• Maior produtividade em comparação com o Shell.

• Dispensa estufagem (não sofre deformações)• Permite o emprego de qualquer tipo de misturador (contínuo ou não).

• Aplica-se em Al – Mg – FoFos - Aços



Desvantagens:

• Exige energia térmica para cura.

• Ferramentais mais sofisticados e onerosos.

• Não se pode usar qualquer material na confecção dos ferramentais (alta abrasão).

• Vida útil da mistura aproximadamente 4h.

• Desprendimento de gases tóxicos durante a cura.

• Dificuldade de cura em paredes mais espessas (acima de 30 mm)


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Aulas 08 e 09- Processos de Moldagem e Macharia Em Areias