Disciplina: Fundição Dr. Eng. Metalúrgica · • Simplicidade técnica na obtenção de formas complexas Versatilidade Altas Taxas de Produção Possibilidade de redução nas

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Aula 01: Introdução aos Processos de Fundição_Semes tre_2016_1

1. Introdução

- Definição de fundição.- Características e potencialidades dos processos de fundição.- Princípios fundamentais.

2. Classificação dos Processos de Fundição

- Classificação em Função do Tipo de Molde.- Classificação em Função da Forma de Enchimento.

3. Critérios para Escolha de um Processo de Fundição

- Material- Peça- Fatores Econômicos- Infraestrutura.

Disciplina: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

Processo metalúrgico de fabricaçãoque envolve a

fusãode metais ou ligas metálicas, seguida do

vazamento-enchimento dos mesmos em moldes

adequadospara solidificaçãoe obtenção das formas

sólidas finais requeridas

DEFINIÇÃO DE FUNDIÇÃO

Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição

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Principais eventos envolvidos

Metal

Fusão

Enchimento

Solidificação

Molde

Projeto do Ferramental

Fabricação do Molde

Utilização – obtenção da peça

Rota Metalúrgica Rota Processual

Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran

Processo de FundiçãoRota Metalúrgica

Fusão –Tratamentos do Banho

Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento

Seleção e Preparação da Carga

Rota Processual

FerramentaisMatérias Primas

e Insumos

Projetos

Processo ?

Tipo de Molde e/ou Modelo(Materiais)

Forma de Enchimento

Introdução aos Processos de Fundição

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Fusão e Vazamento

Preparação de Areia e Moldagem Macharia

Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento


Carga composta por diferentes materiais

Conhecimento das composições químicas dos diferentes componentes da carga

Elaboração do cálculo de carga e definição das proporções dos diferentes componentes

Composição química Especificada

Estimativa de Perdas na fusão

Principal problema: conhecimento preciso da composição química da carga


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Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento


Fusão – ocorrência de reações químicas do metal líquido com o

ambiente

Desequilíbrio na composição química

Medidas necessárias:1. Controle da temperatura do banho2. Controle do tempo a temperaturas elevadas3. Realização de tratamentos do banho

Principal problema: variações na composição química ⇒ peças fora das especificações


Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento


Transferência do metal líquido do forno para os moldes

Sistemas de vazamento (manuais, mecânicos e automatizados) e características dos moldes (bacia, copo, funil,...)

Principais problemas: perdas de temperatura e agitação do metal líquido


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Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento

Escoamento do metal líquido nos canais de enchimento e preenchimento da peça (fluidez)

Controle do regime de escoamento e da velocidade de preenchimento da(s) peça(s)

Aplicação de fundamentos da Mecânica dos Fluídos no projeto dos sistemas de canais

Principais problemas: reduzir a turbulência e garantir velocidades de enchimento adequadas


Processos podem ser classificados em função da forma de preenchimento

Processo de Fundição


Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento Principais problemas: controlar a sanidade interna e obter a estrutura mais adequada

Aspetos Externos

Preenchimento completo

Integridade superficial

Acabamento superficial

Aspetos Internos

Sanidade Interna

Macroestrutura

Microestrutura


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Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento

Contrações e tensionamento da peça

Tendência a trincas e empenamentos

Principais problemas: limitações da utilização de machos e de geometrias mais complexas

Cuidados especiais no projeto da peça



Rota Metalúrgica



Vazamento

Preenchimento

Solidificação

Resfriamento

Pós Processamento

Corte de canais e rebarbação

Operações de usinagem

Operações de proteção superficial

Tratamentos Térmicos

Controle de Qualidade

Tratamentos superficiais


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O Processo de Fundição permite obtenção de:

• Peças acabadas ou semi acabadas

• Lingotes para conformação mecânica

• Lingotes para refusão



• Lingotes para refusão

• Lingotes por fundição contínua

Principais elementos na obtenção de uma peça fundida em um molde de areia

Molde Inferior

Molde Superior

Linha de Apartação

Cavidade do Molde

Marcação do Macho

Areia

Areia

Caixa de Moldagem

Ataque

MACHO

Canal de Distribuição

Descida

Massalote


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Etapas básicas envolvidas na obtenção de uma peça f undida em areia verde

Placa superior Placa inferiorMachoCaixa de Machos

Desenho da Peça

Caixa e Placa superiores com os modelos dos canais

Caixa superior após compactação da areia

Caixa e Placa inferiores Caixa inferior após remoção do modelo

Caixa inferior após colocação do macho

Molde pronto para o vazamento do metal

Conjunto fundido extraído do molde

Peça fundida após operações de acabamento

FerramentalFerramental



Molde de areia

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Tipo de Molde Tipo de Modelo Forma de Enchimento

Fornos

Reações do Líquido

Propriedades do Líquido

Defeitos

FUSÃO ENCHIMENTO SOLIDIFICAÇÃO

Produto (Peça)

Estrutura

Propriedades

Canais de Enchimento

PROJETOS Massalotes

Peça

FERRAMENTAL MODELO/MOLDE

PROCESSO



Sólido Líquido Sólido

Fusão

Tratamentos do BanhoManutenção da TemperaturaVazamento

Solidificação

Princípio Fundamental: mudança do estado físico do metal ou liga (fusão-solidificação)


Enchimento

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Principais características do processo:

• Natureza economicamente competitiva

• Único processo de conformação viável em alguns casos

• Simplicidade técnica na obtenção de formas complexas

Versatilidade

Altas Taxas de ProduçãoPossibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto


Matriz para forjamento a quente usada na fabricação de cilindros

de pressão para Reatores Nucleares. Peso = 61,5 ton

Diversas peças de pequeno porte e com precisão de detalhes. Pesos

na faixa de gramas

Características dos Processos de Fundição

Versatilidade


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Características dos Processos de Fundição-Versatilidade

• A literatura especializada descreve aproximadamente 38 métodos diferentes para obtenção de produtos fundidos

• Estes processos podem ser agrupados em 05 grandes grupos:

• Processos Convencionais de Moldagem: Areia verde, shell moulding, moldagem sem caixa.

• Processos Fundição em Moldagem de Precisão: Coquilha, Fundição Sob Pressão e Fundição de Precisão

• Processos Especiais de Moldagem e Fundição: Moldagem à Vácuo, Fundição Evaporativa (lost foam) e Fundição Centrífuga.

• Processos Moldagem com Areais Quimicamente Ligadas: Cura a Frio e Silicato de Sódio-CO2.

• Novos Processos de Fundição: Rheocasting, Squeeze Casting, Fusão por Eletroescórias.


Características dos Processos de FundiçãoAltas Taxas de Produção

Produção de blocos de motores em Ferros Fundidos –fabricados na faixa do milhões


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Características dos Processos de Fundição

Possibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto

Carcaça de compressor para uma motor de jato, anteriormente produzido por soldagem de múltiplos componentes, transformado em um componente formado por duas peças fundidas


Fundição de um molde de grande porte (grande parte do molde está “enterrada” no chão da fábrica).


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Vantagens Funcionais dos Processos de Fundição

• Possibilidade de projetar os contornos internos e externos independente de quaisquer outros requisitos.

• Possibilidade de obtenção de estruturas(propriedades) em locais específicos (controle das condições de solidificação) nos quais são necessárias determinadas propriedades específicas tais como: rigidez, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, ou máxima resistência a tensões dinâmicas.

• Possibilidade de produzir uma peça complexa usando um único ciclo de fabricação.

• Possibilidade real de obter peças com bom acabamento superficial.


Classificação dos Processos de Fundição

Tiposde

Moldes

Areia

Metálico

Convencionais

Casca Cerâmica

Cerâmica/Gesso

Especiais


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Molde Inferior

Molde Superior

Linha de Apartação

Cavidade do Molde

Marcação do Macho

Areia

Areia

Caixa de Moldagem

Ataque

MACHO

Canal de Distribuição

DescidaMassalote Detalhes de um

Molde de Areia

Modelos para a obtenção de Moldes de Areia

Processo de Fundição em Moldes de Areia



Processo de fundição em Moldes Metálicos por Gravidade

Fundição em Coquilhas

Coquilha de pequeno porte Acionamento Manual

Máquina Coquilhadeira



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Componentes principais de uma Máquina de Fundição Sob Pressão em Câmara Fria (Esquema)

Detalhe do Processo de Fundição Sob Pressão

em Câmara Fria

Processo de Fundição Sob Pressão



Processo de Fundição de Precisão Microfusão - Cera Perdida

• Modelos Destrutíveis em Cera

• Moldes Tipo Casca Cerâmica

Moldes tipo casca cerâmica no momento do vazamento

Modelo em cera sendo recoberto por lama cerâmica (confecção do

molde tipo casca cerâmica



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Classificação dos Processos de Fundição

Forma de

Enchimento

Gravidade

Baixa Pressão

Sob Pressão

Centrifugação



Critérios para escolha de um processo de fundição:

• Material

• Peça

• Fatores Econômicos

• Infraestrutura



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Material Propriedades

Propriedades da Peça ⇔ Nível de qualidade desejado

Propriedades de Fundição ⇔Definem a maior ou menor facilidade de obtenção da peça



Propriedades de Fundição: Propriedades que determinam a maior ou menor habilidade de uma liga para a obtenção de pecas fundidas. ou seja, definem a FUNDIBILIDADE de uma liga.

• Reatividade no estado líquido

• Fluidez: preferência por ligas com composição eutética ⇒ maior capacidade de preenchimento.

• Ponto de fusão : preferência por ligas com composição eutética (menores temperaturas de fusão) ⇒ economia de energia na fusão



Propriedades associadas com a Fusão e o Preenchimento:

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• Modelo de Solidificaçãoe formação de rechupes: preferência por ligas com composição eutética ⇒ maior facilidade na compensação das contrações volumétricas associadas com a solidificação

• Coeficiente de Contração Volumétrica: preferência por ligas com composição eutética ⇒ idem a anterior

• Tendência à Trincas de Solidificação: preferência por ligas com composição eutética ⇒ correlacionada com o modelo de solidificação.

Propriedades associadas com a Solidificação:



FUNDIBILIDADE de uma liga metálica

Peça


• Performance: propriedades finais

• Design: tamanho, formato, espessura e complexidade

• Exigências: tolerâncias dimensionais, acabamento superficial, processamento subsequente



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Fatores Econômicos

• Projeto e custo do ferramental

• Vida útil dos ferramentais

• Geração de sucatas e retornos

• Quantidade total a ser produzida

• Custo total do processamento

Relação Custo

x Benefício




Infraestrutura

• Disponibilidade de equipamentos

• Experiência profissional

• Tempo até o início da produção



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