Disciplina: Projeto de Ferramentais I · • No caso da necessidade de utilização de Machos: ... velocidade ⇓ Necessidade de sistemas de resfriamento. Disciplina: Projeto de Ferramentais

Aula 04: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas)

Disciplina: Projeto de Ferramentais I

01: Introdução

- Características do processo- Etapas envolvidas.- Fatores econômicos e tecnológicos- Ligas empregadas

02: Coquilhas e Máquinas Coquilhadeiras

- Coquilhas Manuais- Coquilhas movimentadas mecanicamente- Máquinas coquilhadeiras – simples, de grande porte e com sistema de basculamento.

03: Projeto de Coquilhas

- Requisitos principais.- Fatores a serem considerados- Materiais para os moldes.- Aspectos construtivos dos moldes.- Revestimento dos moldes.- Temperaturas das coquilhas

Fundição em Moldes Metálicos “Permanentes” por Gravidade.

• Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou mais partes

• Usado repetidamente para a produção de muitas peças.

• Os moldes utilizados são denominados “Coquilhas”

• As “Coquilhas” podem ser movimentadas manualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando-se Máquinas Coquilhadeiras.

Disciplina: Projeto de Ferramentais IProcessos de Fundição em CoquilhasProfessor: Guilherme O. Verran

ETAPAS ENVOLVIDAS NO PROCESSO:

1. O molde é pintado com pincel ou spray nas superfícies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120-2600C).

2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente.

3. Vazamento da liga e enchimento do molde.

4. Após solidificação da peça: abertura do molde e extração dos machos

5. Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças.


Características das peças obtidas:

– Melhor Acabamento Superficial.

– Maior Precisão Dimensional.

– Propriedades Mecânicas Superiores.

– Estrutura com grão mais finos em comparação com as

peças fundidas em areia.


Molde = Coquilha : pode produzir de 10.000 até 120.000 peças

– revestimento aplicado

– material usado na sua fabricação

– tamanho e complexidade da peça

– liga utilizada

Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha:


Fatores Econômicos

• Processo que envolve um alto custo inicial.

⇓

Máquina Coquilhadeira + Moldes

• No caso da necessidade de utilização de Machos:

• Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças.

• Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia.

⇒Molde

Semi-Permanente


Em que situações se justifica a utilização do processo?

• Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades)

• Altas produções.

• Mão de obra menos especializada.

• Redução no peso da peça.

• Redução na usinagem

• Melhor acabamento.

Fatores Econômicos


Fatores Tecnológicos:

• Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg.

• Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos.

⇓

Opção pela utilização de Moldes de Areia.

Peso Máximo por Liga

Ligas de Alumínio = 14Kg

Ligas de Cobre = 10 Kg

Ligas de Ferro = 50 Kg


Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas

Coquilha Manual confeccionado com blocos simples para peças

finas


Moldes ⇒⇒⇒⇒ Coquilhas

Coquilha Manual deslizante sobre placa base para peças mais

espessas


Máquinas Coquilhadeiras

Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico


Máquina Coquilhadeira


Máquina Coquilhadeira de Grande Porte


Máquina Coquilhadeira com Sistema de Basculamento


Regras Gerais de Projeto das Peças:

• Desenho da peça não deve ser complexo.

• Seções devem ser uniformes.

• Evitar cantos vivos.

• Evitar machos (metálicos ou de areia).

• Espessura mínima em torno de 3mm.

• Usar nervuras para evitar paredes pesadas.


Requisito Principal: o molde deve extrair calor do metal líquido a um determinada velocidade.

Princípios Básicos Aplicados:

• Necessidade de resfriamento com água

• Controle da direção do fluxo de calor ⇒ uso de materiais e recobrimentos com diferentes capacidades de extração do calor.

Projeto dos Moldes:


Requisitos Principais dos Moldes:

• Devem resistir aos esforços de manuseio e apresentar a maior vida útil possível

⇓

Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação.

• Devem extrair calor do metal líquido a uma determinada velocidade

⇓

Necessidade de sistemas de resfriamento.


– Necessidade de altas velocidades de produção

Projeto do Molde

Fatores a serem considerados:

– Vida útil relativamente longa

– Precisão dimensional da cavidade


- Detalhamento dos aspectos operacionais

Aspectos do projetos dos moldes relacionados com suas funções metalúrgicas e de engenharia

- Sistema de canais de enchimento

- Sistema de alimentação (massalotes)


• Fatores importantes no projeto de moldes para processos intermitentes:

– Temperaturas máxima e mínima da face do molde durante o ciclo

– Magnitude dos gradientes de temperatura através das paredes dos moldes

– Freqüência de repetição do ciclo de produção


- Variações microestruturais em função de aquecimentos prolongados ou reações químicas

• Consequências do aquecimento e das variações de temperaturas:

- Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas

⇓

Empenamentos ou fissuras nas faces devido Fadiga Térmica


• Objetivos do controle de temperatura do molde:

– Garantir uma utilização segura ⇒ retirada da umidade

– Obter fundidos com superfícies lisas ⇒ temperaturas ótimas 200-3500C

– Promover direção e velocidades de solidificação ótimas

– Obter uma vida útil mais longa


Materiais para Moldes:

Fatores determinantes da escolha do material:

• Tipo de liga a ser vazada.

• Quantidade de peças a serem produzidas.

• Condições operacionais.

Materiais Utilizados

Ferro Fundido

Aço H13 Temperado

Cobre - Cromo


Tamanho da Peça

Número de Vazamentos

1000 10000 100000

PequenaMenor que 25mm

Médias e Grandes até 900mm

FoFoCinzento FoFoCinzento H11

FoFoCinzento c/ insertos de H14

FoFoCinzento FoFoCinzento FoFoCinzento H11, H13, H14

Recomendação de Materiais para Coquilhas segundo a AFS


Propriedades Importantes emMateriais para Coquilhas:

• Facilidade de Usinagem.

• Estabilidade Dimensional.

• Boa Difusividade Térmica.

• Resistência a trincas e fissuras por Fadiga Térmica


Ferramental para Fundição por Gravidade


Coquilha Basculante – Sistema Tilt


Peça fundida em Coquilha

“Carter”


Cilindro mestre Tabela de basketball

Dois exemplos de peças fundidas em coquilha, ambas usando a liga 356 Al7Si0,3Mg


Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)

Composição Química :

• Silicato de Sódio: como ligante.

• Água: como solvente.

• Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, argila e outros ingredientes.

Aplicação : pistola na cavidade da peça e com pincel (base isolante para massalotes).

Obs.: Quando a camada é espessa ⇒ taxa de resfriamento lenta (ação isolante).


Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)

Sequência Operacional:

• Limpeza da cavidade por jateamento⇒ melhor aderência da tinta.

• Aquecimento do molde a ≈ 1500C

• Aplicação de quantas camadas forem necessárias (em função do efeito de isolamento desejado).

Obs.1: Uma aplicação bem feita pode ser usada continuamente por 24h dependendo do desenho da peça.

Obs.2: Recomenda-se a remoção completa e a repintura do molde em vez da realização de reparos.


Principais Funções das Tintas para Coquilhas

• Controlar o gradiente de temperatura ⇒ solidificação direcional ótima e peças isentas de rechupes.

• Controlar o fluxo de metal para assegurar que o metal atinja todas as partes da coquilha com a temperatura necessária a não ocorrência de “juntas frias”.

• Facilitar a extração da peça.

• Garantir um bom acabamento na peça.

• Garantir uma maior vida útil do molde (evita soldagem do metal no molde)

• Reduzir o choque térmico.


Meios para alterar o Resfriamento das Peças

• Situação Ideal ⇒ garantir a solidificação direcional.

• Quando isto não é possível:

• Usar resfriadores de Cobre ou Aço

• Circulação de água.

• Uso de aquecimento localizado.

• Uso de tintas isolantes.


Temperatura da Coquilha

• Em fundição de Ligas de Alumínio ⇒ 300-3500C.

• Consequências de Temperaturas muito Altas:

• Maior formação de rebarbas.

• Menor produção.

• Redução nas propriedades mecânicas das peças.

• Maior tendência a rechupes.

• Menor vida útil do molde.

• Consequências de Temperaturas muito Baixas:

• Geração de solda fria nas peças.

• Redução na capacidade de alimentação


Variáveis que afetam a Temperatura da Coquilha

• Quantidade de metal vazado.

• Formato da peça.

• Espessura de parede da coquilha.

• Freqüência dos vazamentos.

• Tipo e espessura dos revestimentos (tintas).


Fatores que afetam a Temperatura de Vazamento

• Tamanho e forma da peça.

• Revestimento do molde.

• Sistema de resfriamento.

• Sistema de canais.


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