Disciplina: Projetos de Ferramentais I · Etapas do Processo de Fundição em Moldes de Areia • Fabricação do Ferramental – modelo e caixas de machos. • Preparação da Areia

Aula 02: Processos de Moldagem em Areia a Verde

Disciplina: Projetos de Ferramentais I

01: Introdução

- Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem- Aspectos relevantes no comportamento dos materiais de moldagem

02: Os Processos de Moldagem e Macharia em Areia

- Tipos de ligantes- Areias para moldes e para machos- Etapas de um processo de fundição em moldes de areia.

03: Moldagem em Areia a Verde

- Características tecnológicas de um molde de areia.- Fatores determinantes das características tecnológicas.- Constituintes das misturas.- Moldagem Menual.- Moldagem Mecânica – Máquinas de Moldagem

04: Processos Especiais de Moldagem em Areia

• Moldagem à Vácuo

• Lost Foam

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

Disciplina: Projeto de Ferramentais IProcessos de Moldagem em AreiaProfessor: Guilherme O. Verran

Processos de Fundição em Moldes de Areia

Tipo de

Ligante

Inorgânicos

Orgânicos

Argilas

Resinas


Areias paraMoldes

À Verde Bentonita +Água

Aglomerados com Resinas

Areias paraMachos

Aglomerantes orgânicos/inorgânicos


Areias paraMoldes

Areias paraMachos

Areia à Verde

Areia 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


Principais elementos 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


Etapas do Processo de Fundição em Moldes de Areia

• Fabricação do Ferramental – modelo e caixas de machos.

• Preparação da Areia e Moldagem– Sistema de Areias– Misturadores– Máquinas de Moldagem– Sistema de Moldagem

• Sistemas de Fusão e Vazamento

• Desmoldagem

• Limpeza (corte de canais, rebarbação)

• Operações subsequentes (Usinagem, Tratamentos Térmicos ou Superficiais).

• Controle de qualidade, embalagem, expedição


Fabricação do Ferramental – Modelo e Caixas de Machos.

Aspectos importantes:

- Projeto da peça (detalhes de forma)

- Definição da colocação dos machos

- Definição da apartação

- Definição dos canais de enchimento e massalotes

- Definição do material (solicitações e durabilidade).


Etapas para a construção de um modelo.

A) B) C)

a) Fabricação de um modelo mestre em madeira (negativo) levando em consideração a contração no estado sólido.

b) O modelo mestre (negativo) é utilizado para obtenção de um modelo em resina sobre uma placa modelo de alumínio.

c) Remoção de modelo negativo e colocação dos canais (em madeira).

Os canais também podem ser feitos com resina (de forma similar aos modelos) ou de alumínio.


Diferentes tipos de modelos para

fundição de uma “bomba hidráulica

a) b)

c)

a) Modelo simples em madeira – baixas produções.

b) Modelo tipo “match plate” – até 50.000 moldes dependendo do material utilizado.

c) Modelos separados (cope and drag) para até 20.000 moldes (plástico) ou até100.000 ou mais (em metal).


Sistema de Areias de Moldagem: circulação e utilização da areia em um processo de fundição

Preparação da Mistura: misturadores, silos e sistemas de transporte

Matérias Primas: controle de qualidade (Laboratório de Areais)

Moldagem: silos, sistemas de transporte e máquinas de moldagem.

Moldes: sistemas de transporte, vazamento, resfriamento e desmoldagem.

Areia da Desmoldagem: sistemas de transporte (reaproveitamento no sistema de moldagem) e descarte.


Typical foundry flow chart

Ciclo da areia no Processo de Fundição


Mistura: preparação da areia de moldagem

Constituintes da Mistura:

MOLDAGEM EM AREIA A VERDE :

AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS

Areia Base ⇒⇒⇒⇒ constituinte granular refratário

Aglomerante ⇒ Bentonita (argila) ⇒ ação de ligação entre os grãos da areia base ⇒ recobrimento dos grãos

Água ⇒ ligações químicas ⇒ “aglomeração” dos grãos, propicia a obtenção de “moldabilidade”.

Formação de ligações por pontes de H

Dependem da qualidade da bentonita(n0 de cátions trocáveis)


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.


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.


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

• aumenta resistência aos efeitos da expansão térmica da sílica


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


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


Misturadores

Primary components of a continuous muller

Continuous Muller. In a continuous muller , the sand is fed to the muller into one bowl, and it exits through a door in the other bowl. In most cases, sand is fed into the muller in a regulated, continuous stream, and discharge is controlled based on the power draw of themuller motor. As power draw reaches a predetermined level, the dischargedoor opens for a short period, allowing some of the sand to leave the muller. On average, sand will passthrough both bowls twice before it is ejected. It is possible, however, that a small percentageof sand will pass directly from the input tothe exit in one pass. This type of muller is designed to produce large quantities of sand continuously .


Essential components of a conventional vertical wheelbatch-type muller

Misturadores

Batch-Type Muller. Although not a new design, the batch-type muller can produce high-quality moldingsand. It is equipped with plows to move the sand mass under the large, weighted rolling wheels, which are vertically oriented. This kneading action provides thecapability of consistent control but not short cycle times.


High-speed batch-type mullerwith horizontal wheels

Misturadores

The high-speed batch muller has been adapted to meet the requirements of bothhigh-production molding lines and jobbing foundries. Sand is plowed from the floor of themuller up to the position where the rubber-tired wheels knead the sand against therubber-lined sidewall. However, not all of the mulling action takes place as a result ofthe wheels; much of the mulling action takes place as a result of the amount of sand in the muller. For maximum mulling efficiency, the weight of sand charged into this type ofmuller should not be too small.


Top (a) and side (b) views of an intensive mixer. The top view illustrates the loop pattern createdby the mixing pan (1) rotating clockwise and therotating mixing tools [movable mixing star (2) andstationary wall scraper] rotating either clockwiseor counterclockwise while mounted eccentricallyinside the mixing pan. The optional high-energyrotor (3) intensifies the mixing action. Othercomponents include the discharge opening (4), rotary discharge table (5), discharge plough (6), and either one or two discharge chutes (7).

Misturadores

Intensive Mixer. Another type of mixer that is increasing in use is the intensive mixer Theintensive mixer utilizes a rotating bowl intowhich the sand is charged. This type of mixeris available in either batch or continuousconfigurations .


Métodos de Compactação Usados na Produção de Moldes

1. Socamento Manual 2. Compressão

3. Ação Vibratória 4. Arremesso

Areia

P


Métodos de Compactação Usados na Produção de Machos1. Socamento Manual

Ar comprimido

Bocais

Câmara

Caixa de Machos

2. Sopro e Disparo


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


MoldagemMecânica

• 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


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 Porte


Máquinas de Moldagem2. Impacto + Compressão

• Combinam ações de impacto e compressão.

• Indicadas para moldes maiores que exigem maiores esforços.



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


Moldadora simples para a aplicação em linhas de moldagem com areia verde e caixas tampa e fundo

Acionamento: Hidraúlico comandado por CLP

Proporciona elevada compressão e homogeneidade de dureza na areia dos moldes, caracterizando um produto final

isento de defeitos.


Cabeçote de Compressão Múltiplo


Representação Esquemática


Representação em 3D


Esquema de Funcionamento


Linhas de Moldagem

As Linhas de Moldagem são extensões da Moldadora. O objetivo éalcançar a máxima performance em uma linha de produção.

Normalmente são desenvolvidas em conjunto com o Cliente, buscando alcançar o melhor layout para cada situação.

As linhas podem ser automatizadas juntamente em sincronia com a Moldadora e a operação de vazamento

Uma Linha de Moldagem além de acompanhar as séries da moldadora, também pode ser: manual, semi-automática ou automática.


Linhas de Moldagem

Os componentes de uma linha normalmente são:

-Virador de caixa;

-- Fechador de caixas;

-- Elevador de caixas;

-- Desmoldagem do bolo;

-- Abertura de caixas;

-- Empurrador de caixas;

-- Frenagem da linha;

-- Transferência de caixas;

-- Frezamento de canal;

-- Pistas para colocação de machos;


Linhas de Moldagem


Desmoldagem

Flat deck vibratory type shakeout device


Desmoldagem

Rotary-type shakeout system


O processo de moldagem à vácuo (V-process), é um proc esso de moldagem em areia que não utiliza aglomerantes. A a reia é colocada entre dois filmes de plástico e moldada pela aplicação de vácu o.

O processo foi inicialmente desenvolvido no Japão p ara a produção de fundidos com elevadas relações área superficial/vol ume, estando hoje licenciado para utilização em todo o mundo

Processos de Moldagem em Areia sem Aglomerantes Moldagem à Vácuo (V-process)

Vantagens:

• Redução na evolução de fumos e poeiras.

• Dispensa o uso de misturadores de areia e de máquin as de moldagem

• Simplifica a desmoldagem e o reaproveitamento da ar eia.

• Menor desgaste dos ferramentais

• Os fundidos obtidos apresentam bom acabamento e exc elente precisão dimensional


Sequência de fabricação de moldes por moldagem à vácuo

“V-process molds”


Etapa 1 – Colocação do modelo na placa de transporte

Etapa 2 – Um aquecedor “amolece” um filme plástico

com espessura 0,05 a 0,10mm e grande elasticidade

Etapa 3 – O filme plástico écolocado sobre o modelo, a seguir é aplicado um vácuo das ordem de 200 a 400 torr ocasionando

uma forte aderência do plástico ao modelo

Etapa 4 – Uma caixa é colocada sobre o modelo recoberto com o filme plástico. Note que a caixa

possui um tubo de sucção no lado direito

Etapa 5 – A caixa é preenchida com areia seca, uma pequena vibração compacta a areia

atingindo a máxima densidade.




Etapa 6 – Confecção do funil de vazamento, cobertura do copo como um filme plástico e colocação de um plástico de cobertura sobre a caixa.

Etapa 7 – Aplicação de vácuo na caixa. A pressão atmosférica endurece a areia fazendo com que a mesma adquira o formato do modelo. Aliviando o vácuo no modelo a placa de transporte e o molde se separam facilmente.

Etapa 8 – Os molde superior e inferior são unidos. Durante o vazamento os moldes são mantidos sob vácuo.

Etapa 9– Após resfriamento o vácuo éretirado a os moldes se desintegram, não havendo queima e ném formação de torrões. A areia é colhida para reutilização


PROCESSO “LOST FOAM”

a) Caixa com areia base

b) Posicionamento do modelo na caixa.

c) Caixa em preenchimento com areia solta.

A areia é posteriormente “compactada” por vibração.

d) Molde pronto para o vazamento.



Vazamento e preenchimento do molde.



Após solidificação e resfriamento da peça a caixa é basculada e a areia écolhida para uma nova utilização.

Conjunto fundido vai para o corte dos canais e limpeza das peças.


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