124
1 TRABALHO DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO FUNDIÇÃO CAPÍTULO I INTRODUÇÃO À FUNDIÇÃO 1 O QUE É FUNDIÇÃO O processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão, conseqüente liquefação e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação. Os métodos de fundição são muito antigos; sua importância é fundamental para o crescimento tecnológico desde os primórdios da humanidade. Seu aperfeiçoamento é contínuo, partindo desde pequenas peças fundidas artesanalmente às técnicas de siderurgia.

EC FUNDICAO 2

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: EC FUNDICAO 2

1

TRABALHO DE PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

FUNDIÇÃO

CAPÍTULO I

INTRODUÇÃO À FUNDIÇÃO

1 O QUE É FUNDIÇÃO

O processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar

forma aos materiais por meio da sua fusão, conseqüente liquefação e seu escoamento ou

vazamento para moldes adequados e posterior solidificação.

Os métodos de fundição são muito antigos; sua importância é fundamental para o

crescimento tecnológico desde os primórdios da humanidade. Seu aperfeiçoamento é

contínuo, partindo desde pequenas peças fundidas artesanalmente às técnicas de siderurgia.

2 CARACTERÍSTICAS

O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais, tais como aços, ferros

fundidos, alumínio, cobre, zinco, magnésio e respectivas ligas.

Porém, existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem

apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade, zonamento e variações de tamanho de

grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços

Page 2: EC FUNDICAO 2

2

obtidos por outros processos de fabricação como conformação a quente. Geralmente são

fundidos metais e certos materiais sintéticos há exemplos de plásticos e polímeros. Antes da

fusão do material, é necessária a preparação do molde. Este por sua vez consiste num

componente cuja função é receber o produto liquefeito e transformá-lo por solidificação na

peça correspondente ao modelo que serviu de base para a sua formação O processo de fusão

se dá pelo aquecimento da matéria prima até atingir seu ponto de liquefação. Depois de

derretida será escoada ou injetada, numa cavidade normalmente denominada molde. Uma vez

resfriada, a matéria prima solidifica-se tomando a forma em positivo. Os processos mais

utilizados ainda para a confecção dos moldes convencionais são em areia de fundição ou

terras especiais. Estes materiais são refratários e abundantes na natureza, os mais usados são a

areia, gesso, cimento e outras substâncias cerâmicas.

3 HISTÓRICO

3.1 Antiguidade

Os alto-fornos mais antigos conhecidos foram construídos na China da dinastia Han, no

Século I a.C., embora os artefatos férreos encontrados neste país datem do Século V a.C. – o

que torna possível acreditar-se que a história dos altos-fornos na China seja mais antigo do

que atualmente se supõe. Estes fornos primitivos possuíam paredes de barro com grande

quantidade de minerais fosfóricos.

A data dos primeiros artefatos de fundição entre os séculos IV e V a.C., mas também

cogita de evidências de que o uso dos fornos de fundição tenha se difundido para o ocidente.

Os alto-fornos primitivos teriam se evoluído a partir dos fornos para derretimento do bronze.

Page 3: EC FUNDICAO 2

3

3.2 Europa Antiga

O ferro foi fundido pelos gregos, celtas, romanos e cartagineses da Antiguidade. Foram

encontrados vestígios variados na França (antiga Gália). Materiais encontrados na atual

Tunísia sugerem seu uso por ali, como também na Antióquia durante o período helenístico.

Embora seja pouco conhecido o seu uso durante a Idade Média, o processo provavelmente

continuou em uso. A fundição aperfeiçoada recebeu o nome de forja catalã, na figura 1 é

possível ver um exemplo desta, e foi inventada na Catalunha, na atual Espanha, durante o

século VIII. Em vez de usar a estrutura de ventilação natural, adicionou o sistema de fole para

bombear o ar no interior. Isso permitiu a um tempo produzir um ferro de melhor qualidade,

como aumentou-lhe a capacidade. É reconhecido que os monges cistercianos, que eram bons

engenheiros e qualificados metalúrgicos, tinham conseguido produzir um verdadeiro aço,

sendo considerados os inventores do alto-forno na Europa.

Figura 1 – Exemplo de forja Catalã. Fonte: http://www.flickr.com/photos/salmad00/488853681/in/set-72157594506888585/

3.3 Idade Média

Page 4: EC FUNDICAO 2

4

Os alto-fornos mais antigos conhecidos fora construídos na Suécia ocidental, em

Lapphyttan, e o complexo esteve ativo entre os anos de 1150 a 1350. Em Noraskog, no

município sueco de Järnboas foram encontrados restos de alto-fornos datados de antes desse

período, provavelmente por volta de 1100. Isso constitui um fato obscuro, e será

possivelmente impossível determinar se o alto-forno foi desenvolvido independentemente na

Suécia medieval, ou se este conhecimento foi-lhes transmitido de alguma forma, da Ásia.

Estes primitivos fornos, a exemplo dos chineses, eram extremamente ineficientes, se

comparados com os atuais. Era utilizado o ferro das minas de Lapphyttan para a produção de

bolas de ferro forjado, conhecidas como osmonds, e que eram internacionalmente

comercializadas - uma possível referência disso encontra-se em um tratado com Novgorod, de

1203, além de várias referências certas nas contas alfandegárias inglesas entre os anos de

1250 a 1320. Foram também identificados fornos dos séculos XIII a XV na Westphalia.

Podem ter sido também transmitidos os conhecimentos dos avanços teconológicos

promovidos pela Ordem de Cister, inclusive do forno de produção do aço. Um alto-forno

medieval (e o único identificado fora da Inglaterra, e que se acreditou conter avanços

semelhantes aos alto-fornos modernos) foi identificado por Gerry McDonnell,

arqueometalúrgico da University of Bradford. Ela localizava-se em Laskill, uma estação

externa da Abadia de Rievalux, produtora de aço. Sua data, entretanto, não é precisa; ela

certamente não sobreviveu à dissolução dos monastérios, promovida na década de 1530 por

Henrique VIII - razão pela qual esse conhecimento não se espalhou para além de Rievaulx.

A data de operação do forno não apenas não está clara, como também é possível não

haver sobrevivido por muito tempo, de acordo com registos do Conde de Rutland, em 1541.

Page 5: EC FUNDICAO 2

5

3.4 Fundição no Brasil

Affonso Sardinha e o filho Mameluco instalaram, no Morro Araçoiaba, em 1589, os

primeiros fornos para a fabricação de ferro, reconhecidos como a primeira tentativa de

fabricação de ferro em solo americano. Outras experiências sucederam esta pioneira, enquanto

os povoados, que deram origem às principais cidade de região, se formam com a reconstrução

e a desativação de novos fornos de ferro.

A Fazenda Ipanema, em Iperó, São Paulo, possui algumas construções que,

provavelmente, representam a primeira siderúrgica construída no Brasil, em 1810. Instalada

próxima deste morro, a Real Fábrica de Ferro São João de Ipanema foi mais uma das

conseqüências da vinda da Corte para o Brasil, em 1808.

Através de estudos históricos, pode-se dizer que os estudos iniciais foram feitos pelo

sargento-mor Frederico Luiz Guilherme Varnhagem, mas quem instalou a siderúrgica foi o

sueco Carlos Gustavo Hedberg, que trouxe técnicos, equipamentos e ferramentas.

Divergências levaram ao afastamento de Hedberg em 1814, substituído pelo próprio

Varnhagen. Nesse período, o açude feito pelos suecos foi ampliado, novos canais construídos,

surgiram novos prédios, como o de refino, da ustulação (queima de minério de enxofre),

fundição, e alojamentos.

Em 1860, as máquinas foram transferidas para o Mato Grosso, onde se planeja explorar

as minas do rio Mutum. Em Ipanema ainda seriam feitos canhões, armas brancas, figura 2, e

munição para a Guerra do Paraguai (1864 – 1870), sob o comando do capitão Joaquim de

Souza Mursa. A siderúrgica foi definitivamente fechada em 1895, pois saia mais barato

importar, e então foi transformada num quartel general.

Page 6: EC FUNDICAO 2

6

Figura 2 - Casa das armas brancas, Floresta Nacional de Ipanema, Iperó, SP. Fonte: http://fazendaipanema.ipero.sp.gov.br/historia.php

Atualmente, o Ibama administra a Floresta Nacional do Ipanema, a antiga Fazenda

Ipanema. Em 2004, a Companhia Siderúrgica Paulista (Cosipa) e a Usinas Siderúrgicas de

Minas Gerais (Usiminas) investiram R$ 600 mil no restauro dos alto-fornos, figura 3, de

Ipanema, numa primeira fase do plano de conservação.

Figura 3 - Alto forno germinado, um dos primeiros alto fornos construídos no Brasil, usado para fundição de ferro, localizado na Floresta Nacional do Ipanema, Iperó, SP. Fonte:

http://fazendaipanema.ipero.sp.gov.br/historia.php

Page 7: EC FUNDICAO 2

7

Figura 4 - Fornos de carvão da Floresta Nacional de Ipanema, Iperó, SP. Fonte: http://fazendaipanema.ipero.sp.gov.br/infogerais.php

4 POTENCIALIADES

A fundição possui algumas potencialidades que a tornam um importante processo de

fabricação, sendo elas:

Vantagem econômica: pois apresenta um caminho mais curto entre a matéria

prima e a peça acabada;

Flexibilidade quanto à dimensões e peso: pode ser produzido desde alguns

gramas até toneladas;

Moldagem de formas complexas: há liberdade de formas, pois o líquido se

molda com facilidade;

Economia de peso: pode-se moldar uma peça com a espessura final desejada;

Produção em série: é de fácil automação;

Economia de usinagem: a peça apresenta desde o início um bom acabamento

superficial e boas tolerâncias dimensionais.

Page 8: EC FUNDICAO 2

8

5 NOÇÕES BÁSICAS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Salvo raríssimas exceções, todos os produtos metálicos passam necessariamente pela

solidificação em algum estágio de sua obtenção e, é na fundição que a solidificação encontra

seu mais vasto campo de aplicação.

Na fundição, a solidificação do metal ocorre, geralmente, em poucos segundos, o que é

um tempo muito breve no processo produtivo de uma peça, mas é o coração do processo, de

forma que, se estes poucos segundos de solidificação não forem bem controlados, podem

surgir eventuais defeitos de fabricação, inviabilizando a utilização da peça produzida.

Um material metálico, ao passar do estado líquido para o estado sólido (e vice-versa),

sofre uma drástica mudança de viscosidade. Ao se fundir, os materiais metálicos tem sua

viscosidade aumentada em aproximadamente cem quinqualhões de vezes.

Tudo isso torna importante para o estudo de fundição o conhecimento dos fenômenos

que ocorrem durante a solidificação, os quais são explicados nos subtítulos abaixo.

5.1 Cristalização

A cristalização é um fenômeno que ocorre na solidificação de metais; ela consiste no

aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como “núcleos” para o

posterior desenvolvimento ou “crescimento” dos cristais, dando, finalmente, origem aos grãos

definitivos e à “estrutura granular” típica dos metais.

Esse crescimento dos cristais não se dá, na realidade, de maneira uniforme, ou seja, a

velocidade de crescimento não é a mesma em todas as direções, variando de acordo com os

diferentes eixos cristalográficos; além disso, no interior dos moldes, o crescimento é limitado

pelas paredes destes.

Page 9: EC FUNDICAO 2

9

Como resultado, os núcleos metálicos e os grãos cristalinos originados adquirem os

aspectos representados na figura 5.

Figura 5 - (a) Dendrita originada na solidificação. (b) Aspectos típicos da secção de um "lingote" mostrando algumas formas que os órgãos adquirem durante a solidificação no inteior de uma

“lingoteira”. (c) Efeito dos cantos na cristalização. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

Na figura 5 é possível ver o desenvolvimento e a expansão de cada núcleo de

cristalização, originando um tipo de cristal que poderia ser assimilado a uma árvore com seus

ramos: a esse tipo de cristal dá-se o nome de dendrita, figura 6, estas se formam em

quantidades cada vez maiores até se encontrarem: o seu crescimento é, então, impedido pelo

encontro das dendritas vizinhas, originando-se os grãos e os contornos de grãos, que

delimitam cada grão cristalino, formando a massa sólida. Esta figura ainda mostra o caso

particular da solidificação de um metal no interior de um molde metálico, de forma

prismática, chamado lingote, o qual vai originar uma peça fundida chamada lingote.

Page 10: EC FUNDICAO 2

10

Figura 6 - Crescimento da fase sólida – Dendrítico. Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

Como curiosidade, é interessante comentar que nesse caso, a solidificação tem inicio

nas paredes com as quais o metal líquido entra imediatamente em contato; os cristais

formados e em crescimento sofrem a interferência das paredes do molde e dos cristais

vizinhos, de modo que eles tendem a crescer mais rapidamente na direção perpendicular às

paredes do molde. Origina-se, então, uma estrutura colunar típica, figura 7, até uma

determinada profundidade, como a figura 5 (b) mostra, e que pode, nos cantos, produzir

efeitos indesejáveis - figura 5 (c) – devido a grupos colunares de cristais, crescendo de

paredes contíguas, se encontrarem segundo planos diagonais.

Page 11: EC FUNDICAO 2

11

Figura 7 - Crescimento da fase sólida - Colunar. Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

Os efeitos indesejáveis resultam do fato de essas diagonais constituírem planos de maior

fragilidade de modo que, durante a operação de conformação mecânica a que essas peças são

submetidas posteriormente - como laminação - podem surgir fissuras que inutilizam o

material. Esse inconveniente é evitado arredondando-se os cantos.

5.2 Contração de Volume

Os metais, ao solidificarem, sofrem uma contração. Na realidade, do estado líquido ao

sólido, três contrações são verificadas:

Contração líquida - correspondente ao abaixamento da temperatura até o início

da solidificação;

Contração de solidificação - correspondente à variação de volume que ocorre

durante a mudança do estado líquido para o sólido;

Page 12: EC FUNDICAO 2

12

Contração sólida - correspondente à variação de volume que ocorre já no

estado sólido, desde a temperatura de fim de solidificação até a temperatura

ambiente.

A contração é expressa em porcentagem de volume. No caso da contração sólida,

entretanto, a. mesma é expressa linearmente, pois desse modo é mais fácil projetar-se os

modelos. A contração sólida varia de acordo com a liga considerada. No caso dos aços

fundidos, por exemplo, a contração linear, devida à variação de volume no estado sólido,

varia de 2,18 a 2,47%, o valor menor correspondendo ao aço de mais alto carbono (0,90%)

No caso dos ferros fundidos - uma das mais importantes ligas para fundição de peças - a

contração sólida linear varia de 1 a 1,5%, o valor de 1% correspondendo ao ferro fundido

cinzento comum e o valor 1,5% (mais precisamente de 1,3 a 1,5%) ao ferro nodular.

Para os outros metais e ligas - a contração linear é muito variada, podendo atingir

valores de 8 a 9% para níquel e ligas cobreníquel. A contração dá origem a uma

heterogeneidade conhecida por vazio ou rechupe, ilustrada na figura 8.

Figura 8 - Representação esquemática do fenômeno de contração, com o vazio ou "chupagem" resultante. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

Inicialmente, na figura 8, tem-se (a) o metal inteiramente no estado líquido; (b) a

solidificação tem início na periferia, onde a temperatura é mais baixa e caminha em direção

ao centro; (c) fim da solidificação e (d) contração sólida.

Page 13: EC FUNDICAO 2

13

A diferença entre os volumes no estado líquido e no estado sólido final dá como

conseqüência o vazio ou rechupe, indicados nas panes (c) e (d) da figura 8. A pane (d) dá a

entender também que a contração sólida ocasiona uma diminuição geral das dimensões da

peça solidificada.

Os vazios citados podem eventualmente ficar localizados na parte interna das peças,

próximos da superfície; porém, invisíveis externamente. Além dessa conseqüência - vazio ou

rechupe - a contração verificada na solidificação pode ocasionar:

Aparecimento de trincas a quente, visto na figura 9;

Aparecimento de tensões residuais.

Figura 9 - Defeitos de contração em volantes fundidos e modo de corrigi-los. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

As tensões residuais podem ser controladas por um adequado projeto da peça, e podem

ser eliminadas pelo tratamento térmico de "alívio de tensões". Os vazios ou rechupes que

constituem a conseqüência direta da contração podem também ser controlados ou eliminados,

mediante recursos adequados, seja no caso de lingoteiras, seja no caso de moldes para peças

fundidas, figura 10. No caso da fundição de um lingote, o artifício adotado para controlar o

Page 14: EC FUNDICAO 2

14

vazio é colocar sobre o topo da lingoteira - que é feita de material metálico - uma peça postiça

de material refratário, denominada "cabeça quente"ou "massalote"; essa peça, por ser de

material refratário, retém o calor por um tempo mais longo e corresponderá à seção que

solidifica por último; nela, portanto, vai se concentrar o vazio. Resulta assim um lingote são,

pela eliminação de sua cabeça superior.

Figura 10 - Dispositivos utilizados para controle de vazios em lingotes e peças fundidas. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

No caso de peças fundidas, utiliza-se um "alimentador". No exemplo apresentado na

figura 10, o molde foi projetado de tal maneira que a entrada do metal líquido, através de

canais, é feita na seção mais grossa que alimenta as menos espessas; ao mesmo tempo, o

"alimentador" ficará convenientemente suprido de excesso de metal líquido, nele se

concentrando o vazio.

5.3 Concentração de impurezas

Algumas ligas metálicas contêm impurezas normais, que se comportam de modo

diferente, conforme a liga esteja no estado líquido ou sólido. O caso mais geral é o das ligas

Page 15: EC FUNDICAO 2

15

ferro-carbono que contêm, como impurezas normais, o fósforo, o enxofre, o manganês, o

silício e o próprio carbono. Quando essas ligas estão no estado liquido, as impurezas estão

totalmente dissolvidas no líquido, formando um todo homogêneo. Ao solidificar, entretanto,

algumas das impurezas são menos solúveis no estado sólido, um exemplo é o fósforo e o

enxofre, nas ligas mencionadas. Assim sendo, à mediria que a liga solidifica, esses elementos

vão acompanhando o metal liquido remanescente, indo acumular-se, pois, na última parte

sólida fornada.

Nessas regiões, a concentração de impurezas constitui o que se chama segregação(3). A

figura 11 representa esquematicamente como a segregação pode se dispor em peças laminadas

e forjadas. O inconveniente dessa segregação é que o material acaba apresentando

composição química não uniforme, conforme a seção considerada, e conseqüentes

propriedades mecânicas diferentes.

Figura 11 - Segregação em peças laminadas e forjadas. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

Como as zonas segregadas se localizam no interior das peças, onde as tensões são mais

baixas, as suas conseqüências não são muito perniciosas, devendo-se de qualquer modo, evitar

uma grande concentração de impurezas, quer pelo controle mais rigoroso da composição

química das ligas, quer pelo controle da própria velocidade de resfriamento.

Page 16: EC FUNDICAO 2

16

5.4 Desprendimento de gases

Esse fenômeno ocorre, como no caso anterior, principalmente nas ligas ferro-carbono. O

oxigênio dissolvido no ferro, por exemplo, tende a combinar-se com o carbono dessas ligas,

formando os gases CO e CO2 que escapam facilmente à atmosfera, enquanto a liga estiver no

estado liquido. À medida, entretanto, que a viscosidade da massa liquida diminui, devido à

queda de temperatura, fica mais difícil a fuga desses gases, os quais acabam ficando retidos

nas proximidades da superfície das peças ou lingotes, na forma de bolhas.

Em aços de baixo carbono, na forma de lingotes a serem forjados ou laminados, as

bolhas não são prejudiciais, pois elas, às temperaturas de conformação mecânica,

principalmente para a fabricação de chapas, têm suas paredes soldadas. A rigor, essas bolhas

podem ser até mesmo desejáveis.

As bolhas devem ser evitadas, contudo, em aços de alto carbono; isso pode ser feito

adicionando-se ao metal líquido substâncias chamadas "desoxidantes", tais como alguns tipos

de ferro-ligas (ferro-silício e ferro-manganês) ou alumínio.

De fato, o oxigênio reage de preferência com os elementos Si, Mn e Al, formando

óxidos sólidos - SiO2, MnO e AI2O3 - impedindo, assim, que o oxigênio reaja com o carbono

formando os gases CO e CO2, responsáveis pela produção das bolhas.

Outros gases que podem se libertar na solidificação dos aços são o hidrogênio e o

nitrogênio, que comumente também se encontram dissolvidos no metal líquido.

CAPÍTULO 2

Page 17: EC FUNDICAO 2

17

1 FUNDIÇÃO PASSO-A-PASSO

A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é constituída pelas ligas

metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e não-ferrosos (ligas de cobre, alumínio, zinco e

magnésio).

O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser resumido nas

seguintes operações.

1.1 Confecção do Modelo

Essa etapa consiste em construir um modelo, como é visto na figura 11, com o formato

aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas

dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um

eventual sobrenatural para posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço,

resina plástica e até isopor, na figura 12 é possível ver um exemplo de modelo.

Vale lembrar que o modelo deve ser ligeiramente maior que a peça original, já que se

deve levar em conta a contração tridimensional desta quando da solidificação; para isso deve-

se seguir normas de acordo com o metal ou liga a ser fundida.

Page 18: EC FUNDICAO 2

18

Figura 12 - Confecção do modelo. Fonte: Apostila de Processo de Fabicação do Telecurso 2000.

Figura 13 - Exemplo de Modelo. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Existem algumas características próprias do material que devem ser observadas para a

confecção do modelo, tais podem ser observadas na tabela da figura 13 abaixo.

Page 19: EC FUNDICAO 2

19

Figura 14 - Características do material a serem observadas para confecção do modelo. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?

s=1)

Os modelos ainda podem apresentar diversos tipos, sendo eles monoblocos ou

bipartidos ou, ainda, modelos em placas, conforme se pode observar na figura 14.

Figura 15 - Tipos de modelo: (a) Modelo monobloco. (b) Modelo bipartico. (c) Modelo em placa. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site

http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Page 20: EC FUNDICAO 2

20

Também é importante não confundir peça e modelo, o modelo sempre irá possuir

dimensões maiores para compensar a contração de saída, marcação para macho e ângulos de

saída, figura 15.

Figura 16 - Diferenças básicas entre peça e modelo. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

1.2 Confecção do Molde

O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça

desejada. Ele pode ser feito de material refratário composto de areia e aglomerante, na figura

16 é possível ver a confecção do molde deste. O material é moldado sobre o modelo que, após

retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida, como se vê na figura 17.

As superfícies do molde, quando este é feito de material refratário composto de areia e

aglomerante, devem respeitar ângulos mínimos em relação ao modelo, com o objetivo de não

danificar os formatos tomados pela areia durante a extração da peca que serve como modelo,

sendo que este ângulo é denominado “saída”.

Além de que, independentemente se o molde é feito de areia ou metal, devem ser

incluídos canais de alimentação e respiro para o vazamento de excessos de material fundido e

Page 21: EC FUNDICAO 2

21

para a saída do ar. Se necessário, devem ser incluídos prensos, que são prolongamentos que

servem para a colocação do macho, pois a forma muitas vezes consiste em duas peças, um

macho e uma fêmea, ou duas metades, estando em seu centro a parte oca que servirá de

negativo para ser preenchida pelo material liquefeito. A função dos prensos é prender uma

peça à outra.

Também é necessário, na fabricação do molde, que sejam feitos alguns canais de

vazamento para possibilitar a drenagem do material, pois quando o material fundido preenche

as cavidades, é necessário que haja uma pequena sobra deste para expulsar o ar e possíveis

contaminações.

Figura 17 - Confecção do molde. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

Figura 18 - Exemplo de molde, onde é possível ver o despejo do metal fundido no modelo. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?

s=1)

Page 22: EC FUNDICAO 2

22

1.3 Confecção de Machos

Macho é um dispositivo que também pode ser feito de areia, como na figura 18, e que

tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça, ou seja, são reproduções

das partes internas ou de algum detalhe da peça, usados para ocupar um espaço que não será

preenchido pelo metal; eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para

receber o metal líquido. Na figura 19 é visto um exemplo de macho.

Figura 19 - Confecção de machos em areia (macharia). Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

Figura 20 - Exemplo de macho. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Page 23: EC FUNDICAO 2

23

Uma vez que o material irá fluir em volta do macho, este deve ser mecanicamente

resistente durante o vazamento e tornar-se quebradiço após o vazamento e o resfriamento,

permitindo assim, uma fácil remoção da peça fundida do molde, ou seja, a desmoldagem.

Quando o macho é produzido de areia, esta é preparada em um misturador através de uma

mistura de areia sílica com um ligante orgânico tal como o óleo de linhaça e amido ou

dextrina. A areia preparada é colocada em uma caixa de macho determinando a forma do

mesmo, após o macho é retirado e curado em uma estufa para se conseguir uma forma

refratária enrijecida.

Se a peça que se quer fabricar é oca, será necessário dispor de machos que evitem que o

metal fundido se propague pelas cavidades. Geralmente os machos são fabricados com areias

mais finas e misturadas com materiais que proporcionam uma compactação maior, para isso

existem algumas argilas específicas. Esta técnica permite uma manipulação manual na

inserção destes na cavidade do molde.

Um exemplo do uso deste tipo de macho são os blocos de motores, onde existe a

necessidade de preservar os condutos de lubrificação e de passagem de água para

resfriamento.

Uma vez montado o macho dentro das cavidades, formadas pelo modelo primário, as

duas metades do molde de fundição serão juntadas para receberem o material sob fusão.

1.4 Fusão

Fusão, figura 20, é a etapa em que acontece obtenção do metal líquido. Ela pode ser

obtida de várias maneiras, como por forno cubilô, orno a indução ou forno a arco voltaico.

Page 24: EC FUNDICAO 2

24

Figura 21 - Exemplo de obtenção do metal líquido, ou seja, fusão. Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

1.5 Vazamento e Resfriamento

O vazamento, como pode ser visto na figura 21, é o enchimento do molde com metal

líquido.

Figura 22 - Vazamento. Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

Page 25: EC FUNDICAO 2

25

Após a etapa de vazamento acontece a contração líquida, figura 22, que é observada

quando o material resfria-se, ainda no estado líquido. Tal contração deve ser compensada pela

entrada de mais metal líquido.

Figura 23 - Exemplo de contração líquida. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Há também a contração sólida, figura 23, que é a contração observada durante o

resfriamento do material já no estado sólido. Ela deve ser compensada pelo dimensionamento

a maior do molde, conforme as normas que regem a fundição de cada material.

Figura 24 - Exemplo de contração sólida. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

A tabela presente na figura 24 apresenta o índice de contração de alguns metais.

Page 26: EC FUNDICAO 2

26

Figura 25 - Índice de contração de alguns metais. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

O esfriamento é a etapa mais crítica de todo o processo, já que um esfriamento

excessivamente rápido pode provocar tensões mecânicas na peça, inclusive com aparecimento

de trincas, e a formação de bolhas. Se houver um resfriamento muito lento ocorrerá a

diminuição da produtividade.

Estes eventos influenciam bastante o tamanho, forma, uniformidade e composição

química dos grãos formados na peça fundida, que por sua vez influencia as suas propriedades

globais.

Os fatores mais importantes que afetam estes eventos são: o tipo do metal, as

propriedades térmicas do metal e do molde, a relação geométrica entre o volume e área da

superfície da fundição e a forma do molde.

1.6 Desmoldagem

Page 27: EC FUNDICAO 2

27

Após determinado período de tempo em que a peça é resfria e solidifica dentro do

molde, e que depende do tipo de peça, do tipo de molde e do metal (ou liga metálica), ela é

retirada do molde (desmoldagem) manualmente ou por processos mecânicos, figura 25.

Figura 26 - Exemplo de desmoldagem. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Quando o molde utilizado é de areia, ao fazer a desmoldagem deve-se tomar o cuidado

de retirar a areia dos machos. Retirada a areia dos machos e da peça, esta pode ser

reaproveitada em outros moldes de fundição indefinidamente, desde que não tenha sido

contaminada por nenhum elemento que venha a causar alguma reação.

Um erro comum nas fundições é a contaminação de determinados materiais em sua

superfície por outros que ficaram dispersos na areia, causando às vezes certas contaminações

superficiais indesejáveis.

1.7 Rebarbação (Desrebarbeamento)

Page 28: EC FUNDICAO 2

28

A rebarbação é a retirada dos canais de alimentação1(figura 26), massalotes2 e rebarbas

que se formam durante a fundição. Ela é realizada quando a peça atinge tempereaturas

próximas às do ambiente.

Este processo de rebarbação, figura 27, consiste na retirada das sobras e rebarbas por

esmeris, ou por lixadeiras. Estas máquinas possuem ferramentas ou materiais abrasivos cuja

finalidade é limpar ou retirar as rebarbas.

Figura 27 - Exemplo de corte de canais de alimentação. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

Figura 28 - Exemplo de rebarbação. Fonte: Fundição (Arquivo em formato PDF obtido no site http://www.4shared.com/file/91294675/1cded83d/Fundio_1.html?s=1)

1 Canais de alimentação: vias, ou condutos, por onde o metal líquido passa para chegar ao molde2 Massalotes: é uma espécie de reserva de metal que preenche os espaços que vão se formando à medida

que a peça vai solidificando e se contraindo

Page 29: EC FUNDICAO 2

29

1.8 Limpeza

Sendo o molde de areia, a limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de

incrustações da areia usada na confecção do molde, saliências e reentrâncias das peças, além

de imperfeições.

Geralmente esta etapa é feita por meio de jatos abrasivos ou através de escovas de aço

manuais ou rotativas, além da utilização de lixas.

É possível observar um exemplo da etapa “limpeza” na figura 28, na qual se vê as

máquinas utilizadas para tanto.

Figura 29 - Limpeza. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

1.9 Inspeção

A inspeção da peça se dá através de ensaios não destrutivos, como os vistos na figura 29

abaixo.

Page 30: EC FUNDICAO 2

30

Figura 30 - Alguns tipos de ensaios não destrutivos. Fonte: Apresentação de slides Processos de Fabricação – Fundição.

1.10 Tratamento térmico

Depois de rebarbadas, as peças podem necessitar algum tipo de tratamento térmico para

rearranjo de sua estrutura interna. Esta é executada em fornos especiais que fazem a têmpera

(endurecimento total, ou superficial)e revenimento, cementação (Tratamento de superfície

para endurecimento em determinadas regiões da peça), normalização ou recozimento (para

aliviar tensões internas).

1.11 Usinagem

Peças mecânicas dificilmente ficam prontas e acabadas após a sua limpeza, ainda

necessitam, em alguns casos, serem usinadas e trabalhadas por máquinas ferramentas. O

Page 31: EC FUNDICAO 2

31

motivo são as rebarbas, ou imperfeições que ocorrem no processo de fundição. Somente

componentes que não necessitam precisão absoluta em suas dimensões, não precisam ser

torneados, retificados, usinados ou manipulados em suas medida.

Alguns tipos de ferros fundidos, podem ser submetidos a tratamentos localizados de

superfície, tal como; têmpera de borda em ferramentas de corte, ou mesmo em áreas que

possuam raios em ferramentas de dobra, ou mesmo em superfícies que sofrerão severos

atritos,este procedimento é aplicado para prolongar a vida útil dos fundidos,para aplicação

deste procedimento é necessário submeter o material a uma temperatura de mais ou menos

800°C com auxílio e maçaricos e deixá-lo resfriar naturalmente ou seja na temperatura

ambiente, para que se acentue uma dureza caracterizada no tipo de fundido que se está

trabalhando.

1.12 Retifica

Saindo do tratamento térmico, algumas peças podem necessitar um aumento de precisão

em suas medidas. Muitas vezes se utiliza o processo de retificação executado por máquinas

ferramentas chamadas retíficas. Os processos de acabamento descritos acima variam de peça

para peça, podendo ser utilizados em maior ou menor grau. Dependendo do tipo de peça, ao

sair da fundição já está pronta e acabada.

1.13 Etapas no processo de fundição por gravidade em areia

Page 32: EC FUNDICAO 2

32

Essa seqüência de etapas é a que normalmente é seguida no processo de fundição por

gravidade em areia, que é mais utilizado. Um exemplo bem comum de produto fabricado por

esse processo é o bloco dos motores de automóveis e caminhões.

O processo de fundição por gravidade com moldagem em areia apresenta variações,

sendo as principais:

Fundição com moldagem em areia aglomerada com argila;

Fundição com moldagem em areia aglomerada com resinas.

A fundição por gravidade usa também moldes cerâmicos. Esse processo recebe o nome

da fundição de precisão. Existe ainda um processo de fundição por gravidade que usa moldes

metálicos. Que são usados moldes metálicos, não são necessárias as etapas de confecção do

modelo e dos moldes, aqui descritos. Outro processo que usa molde metálico é o processo de

fundição sobre pressão.

CAPÍTULO 4

CARACTERÍSTICAS E DEFEITOS DAS PEÇAS FABRICADAS

O processo de fabricação mecânica utiliza sempre produtos sempre produtos semi-

acabados, ou seja, chapas, barras, perfis, tubos, fios e arames, como matéria-prima. Quer

dizer, existem várias etapas de fabricação que devem ser realizadas antes que o material

metálico se transforme em uma peça.

Por outro lado, a fundição parte diretamente do metal líquido e, no mínimo, economiza

etapas dentro do processo de fabricação, desse modo, este processo apresenta algumas

vantagens quanto às peças, sendo elas:

Page 33: EC FUNDICAO 2

33

a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais

simples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos por

outros processos;

b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas somente pelas

restrições das instalações onde são produzidas. Isso quer dizer que é possível

produzir peças de poucos gramas de peso e com espessura de parede de apenas

alguns milímetros ou pesando toneladas.

c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção

rápida e em série de grandes quantidades de peças.

d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões variados de

acabamento (mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensional (entre ± 0,2 mm

e ± 6 mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma

grande economia em operações de usinagem.

e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção

de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Essas vantagens demonstram a grande diversidade de peças que podem ser produzidas

por esse processo e que os outros não conseguem alcançar. Para você ter uma idéia, um

automóvel não poderia sair do lugar senão fosse o motor. Nele, a maioria das peças é feita por

meio de processos de fundição.

Quando um novo produto é criado, ou quando se quer aperfeiçoar algo que já existe, o

departamento de engenharia geralmente tem alguns critérios que ajudam a escolher o tipo de

processo de fabricação para as peças projetadas.

No caso da fundição, vários fatores podem ser considerados:

Formato e complexidade da peça;

Tamanho da peça;

Page 34: EC FUNDICAO 2

34

Quantidade de peças a serem produzidas;

Matéria-prima metálica que será usada.

Além disso, as peças fundidas apresentam características que são estreitamente ligadas

ao processo de fabricação, como por exemplo:

Acréscimo de sobremetal, ou seja, a camada extra de metal que será desbastada

por processo de usinagem;

Furos pequenos e detalhes complexos não são feitos na peça porque dificultam o

processo de fundição, embora apareçam no desenho, esses detalhes são depois

executados também por meio de usinagem;

Arredondamento de cantos e engrossamento das paredes da peça para evitar

defeitos como trincas e melhorar o preenchimento com o metal líquido.

Também são encontrados alguns defeitos nos produtos fundidos, podendo ser eles:

Inclusão de areia do molde nas paredes internas ou externas da peça (isso

quando a fundição é feita em areia). Isso causa problemas de usinagem: os grãos

de areia são abrasivos e, por isso, estragam a ferramenta. Além disso, causam

defeitos na superfície da peça usinada;

Defeitos na composição da liga metálica que causam o aparecimento de

partículas duras indesejáveis no material. Isso também causa desgaste na

ferramenta de usinagem;

Rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação, causado

por projeto de massalote malfeito;

Porosidade, ou seja, a existência de “buraquinhos” dentro da peça. Eles se

originam quando os gases que existem dentro do metal líquido não são

eliminados durante o processo de vazamento e solidificação. Isso causa

fragilidade e defeitos superficiais na peça usinada.

Page 35: EC FUNDICAO 2

35

CAPÍTULO 5

MOLDE

1 MOLDE EM AREIA

Desenvolver e criar um ferramental nos padrões desejados pode levar semanas, mas

uma vez desenvolvido, pode-se produzir de 5 a 50 cascas por hora, dependendo da

complexidade do molde, do tamanho e do equipamento. No caso da produção de produtos de

alumino e magnésio, as cascas ou moldes podem agüentar em média 13,5 kg como sendo um

limite normal, mas é possível fundir peças em alguns casos entre 45 e 90 kg. A espessura das

cascas podem variar entre 3 e 10 mm, dependendo do tempo de criação das cascas e da

quantidade de resina empregada. Na figura 30 é possível observar dois moldes, um em areia

Shell e outro na casca, pronto para receber o metal fundido.

Figura 31 - A esquerda molde em areia Shell pronto a direita molde na casca pronto para receber o metal fundido. Fonte: http://www.mdunas.com.br/cascas.htm

Page 36: EC FUNDICAO 2

36

1.1 Moldagem em areia verde

Como será explicado no próximo capítulo, há vários tipos de processos de fundição,

sendo um deles a fundição em moldes de areia verde, que é um processo que leva esse nove

devido a mistura com a qual o molde é feito, que mantém sua umidade original, pois não

passa por um processo de secagem. A matéria prima para esse tipo de moldagem é composta

basicamente por um agregado granular refratário, chamado areia-base, que pode ser sílica,

cromita ou zircomita, mais argila – como aglomerante – e água. Pode-se fundir materiais

ferrosos e não-ferrosos nesse tipo de molde. Os moldes são preparados, o metal é vazado por

gravidade, e as peças são desmoldadas durante rápidos ciclos de produção. Após a utilização,

praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada. Esse processo de moldagem é facilmente

mecanizável, sendo ealizado por meio de máquinas automáticas.

Há algumas vantagens e algumas desvantagens quanto à produção do molde em areia

verde, sendo as vantagens:

A moldagem por areia verde é o mais barato dentre os outros métodos de

produção de moldes.

Há menor distorção de formato do que nos métodos que usam areia seca, porque

não há necessidade de aquecimento.

As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização em um mínimo espaço

de tempo.

Boa estabilidade dimensional.

Menor possibilidade de surgimento de trincas.

As desvantagens do molde em areia são:

O controle da areia é mais crítico do que nos outros processos que também usam

areia.

Page 37: EC FUNDICAO 2

37

Maior erosão quando as peças fundidas são de maior tamanho.

O acabamento da superfície piora nas peças de maior peso.

A estabilidade dimensional é menor nas peças de maior tamanho.

Para que um produto fundido tenha a qualidade que se espera dele, os moldes devem

apresentar as seguintes características essenciais:

resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido.

resistência à ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante o vazamento.

mínima geração de gás durante o processo de vazamento e solidificação, a fim

de impedir a contaminação do metal e o rompimento do molde.

permeabilidade suficiente para que os gases gerados possam sair durante o

vazamento do metal.

refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de fusão dos metais e

que facilite a desmoldagem da peça

possibilidade de contração da peça, que acontece durante a solidificação.

1.1.1Materiais do Molde

Areia lavada retirada das margens dos rios são usados como matéria-prima para moldes

destinados a ligas de baixo-ponto de fusão. Eles têm as vantagens de baixo custo,

especialmente peças leves. Porém, estes moldes contêm de 15 a 25 por cento de barro que, em

troca, inclui algumas impurezas orgânicas que notadamente reduzem as temperaturas de fusão

daquela mistura de areia natural, diminui a coesão, e requer um conteúdo de umidade alto (6 a

8 por cento).

Então, o molde de areia sintética foi desenvolvido para ultrapassar esses problemas e

consiste de sílica limpa na qual a estrutura do grão e distribuição do tamanho de grão é

Page 38: EC FUNDICAO 2

38

controlada, com até 18 por cento de argila e de bentonita e só aproximadamente 3 por cento

de umidade. Como a quantidade de argila usada para unir o material é mínima, o molde de

areia sintética tem um alto teor refratário, alta resistência verde (verde aqui significa

aglomerado e não se refere a cor), uma melhor permeabilidade, e um baixo teor de umidade.

Essa última vantagem resulta na presença de menos gases durante o processo de fundição.

Este controle das propriedades da mistura da areia é uma condição importante para obter boas

peças fundidas. Por esta razão um laboratório de areia, normalmente, é unido à fundição para

determinar, com antecedência, as propriedades da areia de moldagem para fundição.

A seguir algumas propriedades importantes da mistura da areia-verde:

Permeabilidade: é a propriedade mais importante da moldagem da areia e pode

ser definido como a habilidade da moldagem da areia para permitir a passagem

dos gases. Esta propriedade não só depende da forma e tamanho das partículas

da areia, mas também na quantidade de argila presente no material como

também o conteúdo de umidade. A permeabilidade dos moldes é normalmente

baixa quando se fundi ferro fundido cinzento e, alta quando se fundi aço.

Resistência "verde": de um molde de areia é principalmente devida a argila

(ou bentonita) e ao conteúdo de umidade, onde ambos mantém as partículas de

areia unidas. Os moldes devem ser firmes o bastante para não se desmoronar

durante o manuseio e transferência e também devem ser capazes de resistir à

pressão e erosão durante o vazamento do metal fundido.

Teor de umidade: é expresso em porcentagem e é importante porque isto afeta

outras propriedades como a permeabilidade e a resistência verde; Um conteúdo

de umidade excessivo pode resultar no aprisionamento de bolhas no metal à

solidificar.

Page 39: EC FUNDICAO 2

39

Fluidez: é a habilidade da areia para fluir facilmente e encher as cavidades e os

detalhes do molde.

Refratariedade: é a resistência da areia moldada à temperaturas elevadas; quer

dizer, as partículas da areia não devem fundir-se, ou aglomerar-se quando elas

entram em contato com o metal fundido durante o processo de fundição. Areia

moldada com refratariedade pobre pode queimar quando o metal fundido é

vazado no molde. Normalmente, moldes de areia devem resistir até 1650°C.

1.2 Molde em areia Shell ou Molde em casca

O uso de resina foi um grande aperfeiçoamento na utilização de areia para a produção

de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que é

como uma espécie de cola, tem a função de manter juntos os grãos de areia. E isso é realizado

de dois modos: a quente ou a frio.

Um dos processos, que usa o calor para provocar a reação química entre o aglomerante

e os grãos de areia, é aquele chamado de Shell Molding.

Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde.

Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades.

Esse processo de moldagem permite que os moldes e machos sejam estocados para uso

posterior. Além disso, ele fornece um bom acabamento para a superfície da peça, alta

estabilidade dimensional para o molde, possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais

estreitas, facilidade de liberação de gases durante a solidificação. É totalmente mecanizado e

automatizado e é adequado para peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das

peças é feita por gravidade.

Page 40: EC FUNDICAO 2

40

A maior desvantagem desse processo é o custo mais elevado em relação à moldagem

em areia verde.

Mas existe outra maneira de se obter o endurecimento, ou cura, da resina sem a

utilização de calor. É o processo de cura a frio no qual a resina empregada se encontra em

estado líquido. Para que a reação química seja desencadeada, adiciona-se um catalisador à

mistura de resina com areia limpa e seca.

Com esse processo, os fundidores obtêm moldes mais rígidos para serem usados para a

produção de peças grandes e de formatos complicados com bom acabamento de superfície. O

vazamento do metal é feito por gravidade.

A cura a frio é um processo de moldagem mais caro quando comparado aos outros

processos que usam areia. Além disso, os catalisadores são compostos de substâncias ácidas e

corrosivas, que exigem muito cuidado na manipulação porque são muito tóxicas.

1.2.1 Fabricação da casca e colagem

Coloca-se o molde da casca na máquina giratória (moldadora), a máquina gira e despeja

areia com resina por cima do molde até completar uma volta, aquece a areia e retira-se a

casca, na figura 31 é possível observar algumas etapas do processo de fabricação da casca.

Primeiro fabrica-se uma parte da casca, logo após coloca-se os machos e em seguida coloca-

se a outra casca por cima, colando as duas cascas com uma cola especial (cola arquete). Para

um melhor acabamento interno, o macho é mergulhado em uma tinta especial (Zirconita e

álcool) para melhorar a rugosidade interna. Dependendo da peça, podem ser fabricadas várias

peças no mesmo molde.

Page 41: EC FUNDICAO 2

41

Figura 32 - Processos de fabricação da casca. Fonte: http://www.mdunas.com.br/cascas.htm

2 MOLDE METÁLICO

2.1 Construção de moldes metálicos

Na construção de um molde metálilco, figura 32, é indispensável que suas placas, ao

serem usinadas, fiquem perfeitamente paralelas. Os pinos de guia devem estar em esquadro

perfeito para transmitir um funcionamento suave da abertura do molde.

As placas de fixação inferior e superior ultrapassam o corpo principal do molde a fim de

fornecer um espaço para grampeamento ou fixação direta na máquina injetora.

O projeto básico de molde depende:

do tamanho e forma da peça;

do número de cavidades;

do tamanho e capacidade da máquina em que o molde será usado.

Todos esses fatores estão interligados, com o tamanho e o peso do objeto moldado

limitando o número de cavidades e determinando também a capacidade necessária da

máquina. As dimensões das placas, por exemplo, limitam o número de cavidades de um

molde. No caso de peças grandes, como a grade do radiador de um automóvel, é necessário

Page 42: EC FUNDICAO 2

42

que a máquina apresente dimensões apropriadas entre as colunas para possibilitar o encaixe

do molde.

Figura 33 - Figura 3 – Moldes metálicos, a esquerda metálico (coquilha), modelos para fundição. Fonte -http://www.poli.usp.br/d/pmr2202/arquivos/Processos%20de%20Fundi%C3%A7%C3%A3o%20e

%20Sinteriza%C3%A7%C3%A3o.pdf

2.2 Materiais para construção de moldes

Os aços utilizados na fabricação de moldes devem possuir as seguintes características

principais: resistência às tensões; facilidade de usinagem.

A resistência às tensões é necessária devido às altas pressões empregadas durante a

moldagem, que podem ser de 300 a 1400 kgf/cm², bem como pela necessidade de suportar as

tensões de flexão e as cargas de compressão, requerendo que a resistência no núcleo de aço

seja alta enquanto se mantém uma dureza superficial adequada.

Uma dureza superficial adequada permite:

suportar efeitos de erosão dos materiais termoplásticos rígidos nas zonas do

molde em que o fluxo é restrito ou obstruído;

resistir ao desgaste, especialmente em grandes produções;

manter na superfície um alto grau de polimento, que facilite a extração do

produto e lhe proporcione um bom acabamento.

Page 43: EC FUNDICAO 2

43

Como regra geral, as partes do molde em contato com o material plástico fundido e os

elementos móveis que suportam atrito devem ser tratadas. As partes do molde que compõem

sua estrutura são de aço com baixo teor de carbono e não são tratadas. A escolha do método

de tratamento varia de acordo com o tipo de aço empregado, a dureza necessária para a

aplicação, à complexidade e precisão do molde. Os métodos usados para tratamento

superficial são:

têmpera ao ar;

têmpera em óleo;

cementação.

A têmpera ao ar é geralmente empregada para assegurar uma deformação mínima,

enquanto que a cementação é usada para obter uma dureza máxima superficial. Devido à

limpeza, a têmpera em óleo facilita o polimento das partes onde o produto é moldado.

Além dos requisitos fundamentais, é importante que o aço seja de fácil usinagem e

tenha uma estrutura homogênea, que pode ser conseguida através do recozimento; a tabela 1

apresenta uma orientação dos aços recomendados para moldes de injeção.

Tabela 1 – Orientação dos aços recomendados para moldes de injeção. Fonte: SEBRAE/SOLICITA.

Orientação dos aços recomendados para moldes de injeçãoComponente do molde Aços recomendados Tratamento

térmicoDureza-

RcPlaca de fixação inferior e

superiorABNT 1020 a 1040 0 0

Coluna ABNT 1020 a 1040 0 0Porta-extratores ABNT 1020 a 1040 0 0

Placa suporte ABNT 1020 a 1040 0 0Anel de centragem ABNT 1020 a 1040 0 0

Placa extratora ABNT 1020 a 1040 0 0Placa impulsora ABNT 1020 a 1040 0 0

Bucha guia Aço Cromo-Niquel ABNT 3310 Cementado e temperado

54 a 58

Coluna Guia Aço Cromo-Niquel ABNT 3310 Cementado e temperado

54 a 58

Postiços fêmea Aço Cromo-Niquel ABNT 9850 Cementado e temperado

54 a 58

Page 44: EC FUNDICAO 2

44

Postiços machos Aço Cormo-Niquel ABNT 9850 Cementado e temperado

54 a 58

Extrator de canal Aço Cormo-Niquel ABNT 3310 ou Aço Prata

Cementado e temperado

54 a 58

Parafusos limitadores Aço Cromo-Niquel ABNT 3310 ou Aço Prata

Cementado e temperado

54 a 58

CAPÍTULO 6

ELEMENTOS DO PROCESSO DE FUNDIÇÕES

1 FUNDIDOS

Toda peça metálica fundida nasce na oficina de modelagem. Todos os desenhos, figura

33 que especificam a fundição devem primeiramente ser encaminhados ao modelador, que

procederá a execução de um modelo do objeto a ser usinado, em plástico ou em madeira. Este,

conhecido como modelo de fundição, é, em seguida, enviado à oficina para que a peça seja

fundida. Estes tipos de peças são feitos de várias espécies de aço e ferro fundido e também de

ligas não-ferrosas, isto é, de alumínio, magnésio, zinco e cobre bronze e latão. Para entender

perfeitamente o processo pelo qual passa uma peça fundida, desde a modelagem até a

fundição, é necessário, conhecer os termos usados no processo.

Page 45: EC FUNDICAO 2

45

Figura 34- Desenhos de projeto e do modelo. Fonte: Livro Processos de Fabricação

2 DESENHO DO MODELO

A fonte em que o modelador consegue as informações necessárias à execução do

modelo é o desenho da peça oriundo do escritório de projeto. Como esse desenho contém

informações a serem utilizadas pelos vários setores, em toda a seqüência de fabricação, mas

não necessárias ao modelador, este algumas vezes executa um novo desenho, o denominado

desenho do modelo.

Neste são omitidas todas as informações desnecessárias especificamente ao modelador e

inclui itens como: plano de separação, tolerância, contornos de sobremetal e desenhos dos

machos. Os desenhos do modelo são executados em escala 1:1, levando-se em conta a

necessária contração. Neles as curvas e interseções devem ser cuidadosamente construídas,

pois as dimensões da peça são levantadas diretamente dali. Fazem-se também cortes em

Page 46: EC FUNDICAO 2

46

diferentes posições, no desenho do modelo, com a finalidade de executar os moldes de metal

que servirão para testar o modelo durante a sua execução.

3 RÉGUA DE CONTRAÇÃO DO MODELADOR

O metal de uma dada peça fundida, após solidificar-se, continua a se contrair até atingir

a temperatura ambiente. O grau dessa contração varia de acordo com o tipo de metal, mas de

qualquer forma o modelador deve estar de posse de todos os elementos necessários para

projetar o modelo, levando em conta esta particularidade do metal. Isto é facilmente

executado quando se tem à mão uma régua de contração na qual as divisões são ligeiramente

maiores do que as normais.

4 TOLERÂNCIA DE SOBREMETAL

A tolerância de contração que deve ser levada em consideração para os vários metais é

dada a seguir na tabela 2 em mm/m.

Tabela 2 – Tolerância de Contração. Fonte: Livro de Processos de Fundição.

TOLERÂNCIA DE CONTRAÇÃO EM m/minFerro Fundido 10Aço Fundido 20

Ligas de alumínio 12,5Ligas de magnésio 0,55

Isto significa que na construção de uma régua de um metro, no caso do ferro fundido, na

mesma deve ter 1010 mm.

Page 47: EC FUNDICAO 2

47

Figura 35 - Fixadores do macho no modelo. Fonte: Livro Processos de Fundição

Antes de terminar o desenho do modelo, o modelador deve iniciar a quantidade de

“sobremetal” aqui empregado deve iniciar a quantidade de metal adicionada à peça, metal

esse que será durante o processamento de usinagem. A espessura de sobremetal varia de 3

mm a 18 mm, dependendo do tamanho do fundido e do metal que é empregado na confecção

da peça. Nos desenhos oriundos de escritório técnico, o acabamento das superfícies deve

sempre ser indicado, utilizando-se para tal um dos métodos padronizados e apresentados.

5 PLANO DE SEPARAÇÃO

Antes que o desenho do modelo entre na oficina de modelagem, a localização da linha

ou do plano de separação, figura 35, deve ser determinada. Esta particularidade não se

encontra indicada no desenho da peça, mas o projetista deve ter sempre em mente este

detalhe, de modo a evitar um projeto de difícil, se não de quase impossível, execução pelo

processo da fundição, o que, ao lado da dificuldade técnica, onera bastante o produto. A

finalidade do plano de separação é permitir que o modelo possa ser removido do molde sem

que haja qualquer anomalia nas paredes de areia. O plano de separação deve de preferência

estar situado sobre o eixo de simetria que divide a peça. Na fundição do objeto, o plano de

Page 48: EC FUNDICAO 2

48

separação é posicionado de modo a coincidir com o plano entre as duas partes do molde ou

caixa de fundição. Ocasionalmente é preciso mais do que um plano, mas deve-se evitar tal

situação sempre que for possível. A linha que indica a posição do plano de separação é

chamada de linha de separação. Esta linha é indicada no esboço feito pelo modelador.

Figura 36 - Plano de Separação. Fonte: Livro Processos de Fundição.

6 POSICIONADORES DE MACHO

Tão logo a posição do plano de separação tenha sido determinada, devem ser indicados

os ressaltos para posicionamento dos machos. Esses ressaltos são elementos salientes do

modelo, cuja finalidade é provocar a formação de um rebaixo no molde de areia onde o

macho vai ser fixado. Como o macho preencherá totalmente esses rebaixos, a função dos

mesmos é única e exclusivamente atuar como elemento posicionar até que o metal derretido

se solidifique.

Para possibilitar a fácil remoção do modelo do molde, dota-se o primeiro de certa

conicidade a partir do plano de separação.

Page 49: EC FUNDICAO 2

49

Esta conicidade é chamada de saída. A saída pode ser acrescentada ao modelo pelo

aumento do plano de separação, tornando a peça mais robusta e mais pesada, ou não,

mantendo a quantidade de metal constante no plano de separação e diminuindo-o na parte

superior ou inferior. O ultimo método reduz a resistência e o peso da peça. Quando o modelo

é de madeira, usa-se a saída de 10 mm/m, quando o molde é metálico, a de 5 mm/m é

suficiente. A saída também pode ser especifica por meio de graus e, em geral, este se situa

entre 0,5 a 3°. A saída é normalmente mostrada no desenho do modelo, nunca sendo indicada

nos da peça.

7 DESENHO DOS DETALHES

Na execução do desenho de peças para fundição, existem muitos detalhes de projeto, a

industria vem padronizando detalhes como nervuras, cantos arredondados, ressaltos,

saliências, filetes e interseção de filetes, que devem ser levados em consideração pelo

projetista para facilitar a produção e assegurar a boa qualidade da peça, como é visto na figura

36.

Figura 37 - Cantos vivos e arredondados para alívio de tensões. Fonte: Livro Processos de Fundição.

Page 50: EC FUNDICAO 2

50

8 CANTOS E CONCORDÂNCIAS

Quando um metal se solidifica, os cristais tendem a se dispor de modo que suas linhas

de maior resistência se situem perpendicularmente à superfície fria. No entanto, os ângulos

muito vivos, tendem a formar planos de baixa resistência, como aparecimento de orifícios ou

trincas durante o resfriamento. Por esta razão, os ângulos internos muito vivos são evitados

por meio de madeira, cera ou couro. Este processo é chamado de filetagem.

Os cantos vivos na peça fundida devem também ser arredondados. A consideração

cuidadosa desses detalhes permite remover com maior facilidade o modelo do molde, permite

que o metal flua mais livremente e ajuda a evitar a formação de trincas e planos de baixa

resistência. Em geral, cada empresa tem suas próprias regras referentes ao tamanho dos

filetes. Algumas exigem que o filete tenha um raio igual à espessura de seção. Na figura 37

pode-se observar a relação entre o raio de concordância e a espessura.

Figura 38 - Relação entre o raio de concordância e a espessura. Fonte: Livro Processos de Fundição.

Tabela 3 – Tabela de cantos de concordâncias. Fonte: Livro Processos de Fundição.

Material n° 43 356 195 220 AM265Espessura mín. da parede –

t5 5 5 10 5(mm)

Raio mín. do filete – r 5 6 6 12 6(mm)

Embora seja essencial que todos os ângulos tenham sido arredondados e os respectivos

filetes colocados, é também de suma importância evitar raios muito grandes para filetes com

Page 51: EC FUNDICAO 2

51

abas, cujas seções retas são finas. Filetes muito grandes podem causar tensões durante o

processo de resfriamento em almas finas, fazendo com que o material se concentre de maneira

acentuada nas interseções, levando o conjunto a um resfriamento desigual.

Figura 39 - Tabela: Comprimento da parte cônica L – Espessura da parede W, para ligas de Alumínio e Magnésio. Fonte: Livro Processos de Fundição

9 ESPESSURA DAS PAREDES NOS FUNDIDOS.

À medida que o metal fundido vai sendo vazado, o mesmo se escoa nas várias direções,

indicadas pelo formato do molde e gradualmente vai se resfriando. Caso as seções sejam

muito finas, o metal pode solidificar sem que se consiga o total preenchimento do molde, ou

então, devido à baixa temperatura em determinados pontos, não haver um caldeamento

adequado entre as duas partes. Isto precipita a formação de um ponto de baixa resistência

chamado de "gota fria". A espessura mínima da parede varia com o tipo de material e com a

Page 52: EC FUNDICAO 2

52

prática seguida pela empresa. Por exemplo, uma dada companhia recomenda as seguintes

espessuras mínimas em mm: ferro fundido, 5; latão e bronze, 3 e alumínio de 4 a 6. A

interseção entre uma parede fina e outra mais robusta pode provocar o aparecimento de

trincas, devido, ao resfriamento desigual dás duas partes. Por esta razão, é sempre interessante

evitar uma variação muito abrupta na seção reta das paredes das peças. Quando tal variação

não pode ser evitada, o componente mais fino deve ser dotado de conicidade para reduzir as

tensões devidas à retração.

Figura 40 - A esquerda alma e espessura de parede, a direita disposição das almas no interior. Fonte: Livro Processos de Fundição.

Recomenda-se que a seção mais espessa não seja maior do que o dobro da espessura da

seção mais fina, como indica a figura 39 à esquerda. Quando esta relação mínima de 2:1 não

pode ser mantida, a seção mais fina será dotada de conicidade, como mostram as figuras (b) e

(c) da figura 39 de acordo com as dimensões dadas na tabela da figura 38. A interseção das

paredes das almas tende a provocar trincas devidas ao resfriamento cansadas pela alta

concentração de material na interseção. Ver a figura 39 (d). Isto pode ser evitado ou

melhorado, alternando-se as espessuras das paredes onde quer que seja possível, como indica

a figura 39 à direita.

Page 53: EC FUNDICAO 2

53

10 RESSALTOS

As saliências acrescentadas à peça fundida para possibilitar a confecção de furos ou

proporcionar apoio à cabeça de um parafuso são chamadas de ressaltos. Quando estes

ressaltos se tornam necessários, devem ser colocados filetes que proporcionem uma variação

gradual na seção transversal, quando possível, como na figura 40. Quando for preciso colocar

ressaltos nas paredes, estas deverão ser dotadas de uma certa conicidade para proporcionar a

necessária espessura.

Figura 41 - Raios de concordâncias em ressaltos. Fonte: Livro Processos de Fundição..

11 CALÇOS OU COXINS

Os coxins, como são indicados na figura 41, fazem com que o custo da peça seja

reduzido, devido à economia causada pela eliminarão de grandes áreas que deverão ser

usinadas.

Page 54: EC FUNDICAO 2

54

Figura 42 - Utilização de coxins de apoio para reduzir e usinagem. Fonte: Livro Processos de Fundição.

12 NERVURAS

Numa peça fundida, as nervuras desempenham duas funções: aumentam a resistência

reforçando a peça e impedem a formação de trincas de resfriamento por agirem como

dissipadores de calor, com isso proporcionando o resfriamento da seção.

Definição dos termos relativos ao modelo a fundição.

Os seguintes termos são usados na modelagem, na ferramentaria e na fundição:

Ressalto: Projeção num objeto cuja altura é, em geral, menor do que o seu

diâmetro. Ele é colocado nesse local com a finalidade de proporcionar um ponto

de apoio ou ainda permitir que a usinagem faça um furo em condições mais

vantajosas.

Macho: Um modelo de areia para fazer um furo no interior do fundido.

Page 55: EC FUNDICAO 2

55

Figura 43 - Caixa do núcleo ou do macho a direita, a esquerda o núcleo. Fonte: Livro Processos de Fundição.

Caixa de macho. Uma caixa de madeira, cujo formato interno é de tal natureza que,

quando está totalmente cheia de areia, forma-se o macho desejado. Ver a figura 42.

Apoio do macho: A parte saliente do modelo que deixa um rebaixo no molde de

areia onde o macho deverá ser colocado. Ver a figura 43. Este rebaixo serve para

sustentar o macho, no molde.

Figura 44 - Caixa de moldagem foto superior colocação do núcleo no lugar, foto inferior tampa invertida.

Page 56: EC FUNDICAO 2

56

CAPÍTULO 7

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

1 FUNDIÇÃO EM AREIA SECA

Os moldes de areia verde contêm até sete por cento de água, dependendo do tipo e

porcentagem do material de liga. Então, este tipo de molde só pode ser usado para moldes

pequenos com paredes finas, uma vez que peças grandes com paredes espessas aquecem o

molde e provocam a vaporização da água presente no molde. Isso iria provocar bolhas nas

peças. Por esta razão, moldes para peças grandes devem ser secos. A operação para secar é

feita em fornos a uma temperatura que varia de 150º para 350ºC, de 8 até 48 horas,

dependendo do tipo e quantia de aglomerante usado.

2 FUNDIÇÃO EM MOLDE DE CIMENTO

Uma mistura de areia contendo de 8 a 12 por cento de cimento e 4 a 6 por cento de água

é usada. Ao fazer o molde, a mistura deve endurecer primeiro antes que o modelo seja

retirado. O molde obtido fica curando por aproximadamente 3 a 5 dias. Peças grandes com

formas complicadas, dimensões precisas, e superfícies lisas normalmente são produzidas

neste modo. A única desvantagem é que o processo requer longo tempo para o processo de

moldagem.

Page 57: EC FUNDICAO 2

57

3 FUNDIÇÃO CO2

A areia é misturada com um aglomerante que envolve uma solução de silicato de sódio

atingindo 6 por cento. Depois que o molde for batido é soprado gás carbônico pela mistura de

areia. Como resultado, o gel de sílica mantém a areia aglomerada e nenhum secante é

necessário. Considerando que os moldes endurecem enquanto o modelo está montado obtendo

boa precisão dimensional.

4 FUNDIÇÃO EM MOLDES ESPECIAIS

4.1 Moldagem em Pasta

Moldes de gesso são apropriados para fundir prata, ouro, magnésio, cobre, e ligas de

alumínio. O material para moldagem é uma mistura de areia fina, amianto e gesso como

aglomerante. Água é adicionada a mistura até que uma pasta cremosa é obtida. O processo de

secagem deverá ser bem lento para evitar trincas no molde.

4.2 Moldagem em Argila

O molde de argila é usado para peças muito grandes. A forma básica do molde desejado

é construída com tijolos e argamassa (como se fosse uma casa de tijolo). Uma mistura de

argila é então usada como material de moldagem para obter o acabamento final do molde.

Page 58: EC FUNDICAO 2

58

Gabaritos são empregados no processo de moldagem. A mistura de argila usada na moldagem

consiste em 50 por cento de argila e o resto sendo principalmente de areia lavada. Os moldes

de argila devem ser secos antes do metal ser vazado.

4.3 Moldagem em Cerâmicos

O material para moldar é uma pasta composta de grãos refratários, aglomerante

cerâmico, água, álcool, e um agente para ajustar o valor do pH. A pasta é vazada ao redor do

modelo permanente (reutilizável) que é deixada endurecer antes do modelo ser retirado. Em

seguida, deixa-se secar o molde durante algum tempo e depois é aquecido para ganhar

resistência. De fato, normalmente os moldes cerâmicos são pré-aquecidos antes de se vazar o

metal fundido. Por isso, eles são adequados para fundir ligas de alto ponto de fusão. O

excelente acabamento superficial e as tolerâncias bem apertadas das peças obtidas são uma

das vantagens deste processo. Este fato conduz a eliminação das operações de usinagem que

normalmente são executadas em peças fundidas. Os moldes cerâmicos são certamente

vantajosos para metais preciosos ou para os metais de difícil usinagem, assim como também

para moldar peças muito complexas.

4.4 Moldagem em Grafita

A grafita é usada nos moldes feitos para receber ligas de alto ponto de fusão, como o

titânio, que deve ser vazado em moldes inertes. O processo de fundição deve ser executado no

vácuo para eliminar qualquer possibilidade de contaminar o metal. Moldes de grafite, figura

44, ou podem ser feitos através de usinagem de um bloco de grafita para criar a cavidade

Page 59: EC FUNDICAO 2

59

desejada ou compactando um agregado de base de grafite ao redor do modelo e então

sintetizando o molde obtido a uma temperatura de 1000º a 1120ºC em uma atmosfera

redutora. Os moldes de grafita têm aplicações industriais difundidas na fundição centrífuga do

bronze e do cobre. A figura a seguir mostra um molde de grafita.

Figura 45 - Molde de grafita. Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Grafita

5 FUNDIÇÃO DE PRECISÃO

Produzir peças por fundição é basicamente fazer um modelo, fazer um molde a partir

desse modelo, vazar (despejar) metal líquido dentro do molde. O que diferencia um processo

do outro é tanto o modo como o metal líquido é vazado (pode ser por gravidade ou pressão)

quanto o tipo de moldagem utilizado (em moldes de areia ou em moldes metálicos).

Por outro lado, a escolha do processo é determinada principalmente pelo tipo de produto final

que você quer obter. Assim, se você quiser produzir um produto fundido com determinado

peso máximo de 5 kg, formato complexo, melhor acabamento de superfície e tolerâncias mais

estreitas em suas medidas, ou seja, um produto com características aliadas à qualidade do

produto usinado, será necessário usar o processo de fundição de precisão.

Page 60: EC FUNDICAO 2

60

Por esse processo, pode-se fundir ligas de alumínio, de níquel, de magnésio, de cobre, de

cobre-berílio, de bronze-silício, latão ao silício, ligas resistentes ao calor, além do aço e do

aço inoxidável para a produção de peças estruturais para a indústria aeronáutica, para motores

de avião, equipamentos aeroespaciais, de processamento de dados, turbinas a gás, máquinas

operatrizes, equipamentos médicos, odontológicos, ópticos etc.

A fundição precisa se diferencia dos outros processos de fundição exatamente na

confecção dos modelos e dos moldes. Enquanto nos processos por fundição em areia que

estudamos na aula anterior o modelo é reaproveitado e o molde é destruído após a produção

da peça, na fundição de precisão tanto o modelo quanto o molde são destruídos após a

produção da peça.

Em primeiro lugar, devemos saber que os modelos para a confecção dos moldes são

produzidos em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com o formato

e dimensões da peça desejada. A cera, que não se assemelha àquela que usamos no assoalho

da nossa casa, é um material que derrete com o calor. E é no estado líquido que ela é injetada

dentro da matriz para formar os modelos.

O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita com sílica ou

zirconita, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante feito com água,

silicato de sódio e / ou silicato de etila. Esta lama endurece em contato com o ar e é nela que o

modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endurece em volta do modelo,

forma-se um molde rígido.

Após o endurecimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o modelo derretido, e

destruído. Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que o metal líquido é

vazado. Assim que a peça se solidifica, o molde é inutilizado. Por causa das características

desse processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em cera perdida.

Resumindo, a fundição por moldagem em cera perdida apresenta as seguintes etapas:

Page 61: EC FUNDICAO 2

61

1. A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e dos canais de

vazamento.

2. Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento.

3. O conjunto é mergulhado na lama refratária.

4. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam.

5. O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a

vácuo.

Page 62: EC FUNDICAO 2

62

6. Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças

sejam retiradas.

7. As peças são rebarbadas e limpas.

Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem

devido à qualidade do acabamento de superfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se

necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produção.

A fundição de precisão é indicado para aplicações bem específicas que compensam os altos

custos da produção.

Page 63: EC FUNDICAO 2

63

6 MOLDE PERMANENTE OU COQUILHA

Os processos de fundição com areia independentes de ser manuais, mecanizados ou de

precisa, tem uma coisa em comum: o fato de que pós a produção da peça o molde era

destruído. A figura 45 mostra um molde permanente.

Figura 46 - Molde permanente. Fonte: http://www.modelfund.com.br/media/Coquilha$20Novik.JPG

Acontece que, ao lado de todas as vantagens que a areia apresenta na confecção de

moldes, existem sempre os problemas comuns à sua utilização para a fundição: quebras ou

deformações dos moldes, inclusões de grãos de areia na peça fundida, problemas com os

materiais aglomerantes e com as misturas de areia, e assim por diante.

Dependendo do trabalho que se quer realizar, da quantidade de peças a serem fundidas e,

principalmente, do tipo de liga metálica que será fundida, o fabricante tem que fundir suas

peças em outro tipo de molde: os moldes permanentes, que dispensam o uso da areia e das

misturas para sua confecção.

Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a

produção das peças fundidas. Por esses processos realiza-se a fundição por gravidade ou por

pressão.

Page 64: EC FUNDICAO 2

64

Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a

cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100

mil peças. Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos

os processos de fundição. Só que não é bem assim.

A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão

mais baixas do que o ferro e o aço. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo,

zinco, alumínio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo

dessa restrição é que as altas temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo,

danificariam os moldes de metal. Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido

ligado, resistente ao calor e às repetidas mudanças de temperatura.

Moldes feitos de bronze podem ser usados para fundir estanho, chumbo e zinco.

Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de máquinas, blocos de

cilindros de compressores, cabeçotes, bielas, pistões e cabeçotes de cilindros de motores de

automóveis, coletores de admissão.

Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam

maior uniformidade, melhor acabamento de superfície, tolerâncias dimensionais mais estreitas

e melhores propriedades mecânicas.

Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e

produção em grandes quantidades, os moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as

ligas metálicas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque

uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração

da peça após o processo de fundição.

Para fundir peças em moldes metálicos permanentes, pode-se vazar o metal por

gravidade. Nesse caso, o molde consiste em duas ou mais partes unidas por meio de grampos

Page 65: EC FUNDICAO 2

65

para receber o metal líquido. Isso pode ser feito manualmente. Na figura 46 pode se visualizar

um molde manual e um molde hidráulico, respectivamente.

Figura 47 - Moldes permanente manual e hidraúlico. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

A montagem dos moldes também pode ser feita por meio de dispositivos mecânicos

movidos por conjuntos hidráulicos, que comandam o ciclo de abertura e fechamento dos

moldes.

Tanto os moldes quanto os machos são cobertos com uma pasta adesiva rala feita de

material refratário cuja função, além de proteger os moldes, é impedir que as peças grudem

neles, facilitando a desmoldagem.

A fundição com moldes metálicos também é feita sob pressão. Nesse caso, o molde

chama-se matriz.

Page 66: EC FUNDICAO 2

66

7 FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO

Os moldes metálicos, figura 47, também são usados no processo de fundição sob

pressão. Este consiste em forçar o metal líquido a penetrar na cavidade do molde, chamado de

matriz. A próxima figura mostra um molde metálico para fundição sobre pressão.

Figura 48 - Molde metálico. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

A matriz, de aço-ferramenta tratado termicamente, é geralmente construída em duas

partes hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. O metal é

bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos

os 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 de pinos acionados hidraulicamente.

Muitas matrizes são refrigeradas a água. Isso é importante para evitar superaquecimento da

matriz, a fim de aumentar sua vida útil e evitar defeitos nas peças.

Para realizar sua função, as matrizes têm que ter resistência suficiente para agüentar o

desgaste imposto pela fundição sob pressão, e são capazes de suportar entre 50 mil e 1 milhão

de injeções. A figura 48 mostra um corte feito no molde de fundição sobre pressão.

Page 67: EC FUNDICAO 2

67

Figura 49 - Corte no molde de fundição sobre pressão. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

8 MÁQUINAS DE FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO

A fundição sob pressão é automatizada e realizada em dois tipos de máquina:

máquina de câmara quente;

máquina de câmara fria.

A figura 49 mostra respectivamente uma máquina de câmara quente e uma máquina de

câmara fria.

Figura 50 - (a) Máquina de câmara quente. Fonte: http://www.nei.com.br/images/lg/220891.jpg (b) Máquina de câmara frio. Fonte: http://www.rollformingline.com.br/products/8/41a.jpg

(a) (b)

Page 68: EC FUNDICAO 2

68

Em princípio, o processo de fundição sob pressão realizado na máquina de câmara

quente utiliza um equipamento no qual existe um recipiente aquecido onde o metal líquido

está depositado. No seu interior está um pistão hidráulico que, ao descer, força o metal líquido

a entrar em um canal que leva diretamente à matriz. A pressão exercida pelo pistão faz com

que todas as cavidades da matriz sejam preenchidas, formando-se assim a peça. Após a

solidificação do metal, o pistão retorna à sua posição inicial, mais metal líquido entra na

câmara, por meio de um orifício, e o processo se reinicia. Uma representação esquemática

desse equipamento é mostrada na figura 50.

Figura 51 - Exemplo de máquina de câmara quente. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

Essa máquina é dotada de duas mesas: uma fixa e outra móvel. Na mesa fixa ficam uma

das metades da matriz e o sistema de injeção do metal. Na mesa móvel localizam-se a outra

metade da matriz, o sistema de extração da peça e o sistema de abertura, fechamento e

travamento da máquina.

Ela é usada quando o metal líquido se funde a uma temperatura que não corrói o

material do cilindro e do pistão de injeção, de modo que ambos possam ficar em contato

direto com o banho de metal. O corte da máquina de câmara quente e mostrado na figura 51.

Page 69: EC FUNDICAO 2

69

Figura 52 - Corte da máquina de câmara quente. Fonte: Apostila de Telecurso 2000.

Se a liga se funde a uma temperatura mais alta, o que prejudicaria o sistema de

bombeamento (cilindro e pistão), usa-se a máquina de fundição sob pressão de câmara fria,

empregada principalmente para fundir ligas de alumínio, magnésio e cobre.

O princípio de funcionamento desse equipamento é o mesmo. A diferença é que o forno que

contém o metal líquido é uma unidade independente, de modo que o sistema de injeção não

fica dentro do banho de metal. Veja representação esquemática da figura 52.

Figura 53 - Exemplo de máquina de câmara fria. Fonte: Apostila de Processo de Fabricação do Telecurso 2000.

A máquina de fundição sob pressão em câmara fria pode ser:

horizontal, na qual o pistão funciona no sentido horizontal;

vertical, na qual o sistema de injeção funciona no sentido vertical.

Page 70: EC FUNDICAO 2

70

8.1 Vantagens e desvantagens

Como todo o processo de fabricação, a fundição sob pressão tem uma série de

vantagens e desvantagens. As vantagens são:

peças de ligas como a de alumínio, fundidas sob pressão, apresentam maiores

resistências do que as fundidas em areia;

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.

As desvantagens são:

limitações no emprego do processo: ele é usado para ligas não-ferrosas, com

poucas exceções;

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

retenção de ar no interior das matrizes, originando peças incompletas e

porosidade na peça fundida;

alto custo do equipamento e dos acessórios, o que limita seu emprego a grandes

volumes de produção.

A indústria automobilística utiliza uma grande quantidade de peças fundidas sob

pressão: tampas de válvulas, fechaduras, carcaças de motor de arranque, maçanetas, caixas de

câmbio de máquinas agrícolas. O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que usa peças

Page 71: EC FUNDICAO 2

71

fundidas principalmente de ligas de alumínio e magnésio. Essa variedade de produtos indica a

importância desse processo de fabricação dentro do setor de indústria metal-mecânica.

CAPÍTULO 8

FORNOS DE FUNDIÇÃO

Vários tipos de fornos são empregados para fundir diferentes metais ferrosos e não

ferrosos em fundição. O tipo de forno de fundição a ser usado é determinado pelo tipo de

metal a ser fundido, a taxa de produção do metal fundido e a pureza desejada. A seguir é feita

uma descrição sucinta de cada um dos fornos de fundição comumente usados.

1 O FORNO CUBILOT

1.1 Estrutura

O Cubilot é o forno mais usado para produzir ferro fundido cinzento. O Cubilô é um

forno cuja altura é de três a cinco vezes o seu diâmetro. É construído em uma base de aço que

é de (10 mm) de densidade e que está interiormente forrado com tijolos de argila refratária. A

estrutura inteira é erguida em pernas ou colunas. Para o topo do forno, há uma abertura pela

qual o combustível é colocado. O ar que é necessário para a combustão é soprado pelas

ventaneiras localizadas a aproximadamente 900 mm acima da base do forno. Ligeiramente

acima da base e na frente, há um furo vedado e uma calha que permite o ferro fundido ser

Page 72: EC FUNDICAO 2

72

coletado. Também há uma abertura de escória localizada na parte de trás e acima do nível do

furo vedado (porque a escória flutua na superfície do ferro fundido). O fundo do Cubilô está

fechado com portas removíveis para esvaziar o resíduo de coque ou metal e também habilitar

a manutenção e o conserto do forno em linha. A seguir, na figura 53, pode-se observar uma

foto e um corte total do forno Cubilot.

Figura 54 - (a) Foto do forno Cubilot. Fonte: http://www.montalbam.com.br/imagens/forno1.jpg (b) Corte total do forno Cubilot. Fonte: http://www.airproducts.com.br/metals/foundries_meltingCasting.htm#03

1.2 Operação

Uma base de areia de moldagem é batida primeiro no fundo até formar uma espessura

de cerca de 150 mm ou mais. A base de coque é de aproximadamente 1 m de espessura e é

colocado sobre a areia. O coque é acendido e o ar é inflado a uma taxa abaixo do normal.

Depois a carga é colocada no Cubilô. Muitos fatores, como a composição da carga, afetam a

estrutura final do ferro fundido cinzento obtida. Geralmente a carga é composta de 25% de

ferro gusa (bruto), 50% de sucata de ferro fundido cinzento, 10% de sucata de aço, 12% de

coque como combustível, e 3% de calcário. Estes componentes formam camadas alternadas

(a) (b)

Page 73: EC FUNDICAO 2

73

de coque, calcário e metal. Às vezes, são somados briquetes de ferro-manganês e inoculantes

são adicionados à carga para controlar e melhorar a estrutura do ferro fundido a ser produzido.

2 FORNOS DE CHAMA DIRETA

O forno de chama direta (ou forno de reverbação) é usado para um tipo de fundição de

bronze, latão, ou ferro nodular. São acendidos os queimadores do forno com carvão

pulverizado. No telhado reflete a chama sobre o metal que aquece o metal e

consequentemente o fundido. Os produtos gasosos provindos da combustão deixam o forno

pelo tubo da chaminé. A superfície interna do forno está forrada com tijolos refratários onde

estão a carga e a válvula. Quando se funde ferro, a relação de combustível e ar é ajustada para

produzir um ferro completamente branco sem grafite livre em camadas, uma vez que isso

diminui as qualidades do ferro nodular.

3 FORNOS DE CADINHO (OU PANELA)

Metais não ferrosos como bronze, latão, alumínio e ligas de zinco normalmente são

fundidos em fornos de panela. Estes fornos são acendidos através de líquido, gás ou da

pulverização de combustível sólido. Os produtos de combustão não entram em contato direto

com o metal fundido e habilitam assim a produção de fundidos de qualidade. Os fornos de

cadinho podem ser estacionários ou basculantes. Quando empregando o tipo estacionário, os

cadinhos são erguidos através de pinças e são elevados por sistema de roldanas (moitões). Por

Page 74: EC FUNDICAO 2

74

outro lado, panelas com bica longa são sempre usados em fornos basculantes.

As panelas são feitas de material refratário ou ligas de aços (contendo 25 % de cromo). As

panelas refratárias podem ser de argila grafitada (clay graphite), ou aglomerado cerâmico ou

aglomerado silício-carbono. O primeiro tipo é mais barato, enquanto o segundo é mais

popular na indústria. As panelas cerâmicas são usadas quando se funde alumínio, bronze, ou

ferro fundido cinzento, considerando que metais são fundidos em panelas de ligas de aço. Não

devem ser fundidas ligas diferentes no mesmo cadinho, evitando assim a contaminação do

metal fundido. Na figura 54 são mostrados vários tamanhos de fornos cadinho.

Figura 55 - Cadinho. Fonte: http://www.sitiodaarte.com.br/produtos.htm

4 8.4 - FORNOS ELÉTRICOS

Fornos elétricos são normalmente usados quando há uma necessidade de um controle

fino dos elementos constituintes da liga e quando são requeridas alta pureza e qualidade no

fundido. Estes fornos também são empregados quando se funde ligas de alto ponto de fusão.

Em todos os tipos de fornos elétricos, a energia elétrica é convertida em calor. Não obstante,

eles podem ser de arco elétrico, de resistência ou fornos de indução.

Page 75: EC FUNDICAO 2

75

5 FORNO DE ARCO ELÉTRICO

O forno de arco elétrico é o tipo mais usado de forno elétrico. O calor gerado pelo arco

elétrico é transferido através de radiação direta ou por radiação refletida pelo forro interno do

forno. O arco elétrico é gerado entre dois eletrodos de grafite. Para controlar a folga entre os

dois eletrodos e adequar o controle da intensidade do calor, um eletrodo é estacionário e o

outro é móvel. Os fornos de arco elétrico são usados principalmente para fundir aços e menos

usados para fundir ferro fundido cinzento e alguns metais não-ferrosos. A figura 55 mostra

um corte total e uma foto do forno elétrico.

Figura 56 - (a) Corte total do forno de arco elétrico ; (b) Foto do forno de arco elétrico. Fonte: http://www.airproducts.com.br/metals/foundries_meltingCasting.htm#03

6 FORNO DE RESISTÊNCIA

O forno de resistência é empregado principalmente para fundir alumínio e suas ligas. O

metal sólido é colocado em cada uma das rampas inclinadas que está submetido ao calor das

Page 76: EC FUNDICAO 2

76

espirais de resistência elétrica localizados acima. Quando o metal funde, flui para dentro de

um reservatório. O metal fundido pode ser despejado pela bica inclinando o forno inteiro.

7 FORNO DE INDUÇÃO

O forno de indução possui muitas vantagens que incluem temperaturas uniformemente

distribuídas dentro do metal fundido, flexibilidade, e a possibilidade de controlar a atmosfera

do forno. Além disso, o efeito-motor das forças eletromagnéticas ajuda a mexer o metal

fundido e produzir uma composição mais homogênea. São usados fornos de indução para

fundir aço e ligas de alumínio. Envolve um rolo de indução que é construído nas paredes do

forno. Uma corrente revezada no rolo induz corrente em qualquer objeto metálico que obstrui

o fluxo eletromagnético. Fornos de alta e baixa corrente são usados em indústria para induzir

corrente alternada no metal sólido para fundi-lo. Na figura 56 tem-se o corte total de um

forno elétrico de indução.

Figura 57 - Corte total de indução. Fonte: http://www.airproducts.com.br/metals/foundries_meltingCasting.htm#03

Page 77: EC FUNDICAO 2

77

APÊNDICE

A. VISITA TÉCNICA NA METALÚRGICA BIRIGUI (OGB) – BIRIGUI,

SP

Na segunda-feira 24 de agosto de 2009, o grupo visitou a empresa METALÚRGICA

BIRIGUI, situada no Parque Industrial de Birigui, SP. A METALÚRGICA BIRIGUI realiza

processo de fundição por pressão em molde permanente com máquina a frio para fabricação

de produtos próprios.

O grupo foi recebido pelo Sr. Pedro Luiz Garcia, que explicou sobre o processo de

fundição e apresentou a empresa, alguns processos de fabricação e uma matriz utilizada na

fundição, figura 57, embora os alunos já tivessem estado lá em uma visita anterior, para um

Estudo de Caso de CNC, desta vez foi focado o processo de fabricação fundição.

Page 78: EC FUNDICAO 2

78

Figura 58 - Matriz utilizada na Metalúrgica Birigui. Fonte própria.

No dia da visita, estava sendo fundido o cubo da embreagem da moto CG TITAN da

HONDA, eram fundidas duas peças por vez, sendo uma da CG 150 e a outra, com um miolo

de ferro, da CG 125, como já dito anteriormente, o tipo de fundição realizado para a obtenção

destas peças é a fundição sobre pressão com molde permanente com máquina a frio, figura 58.

O Sr. Pedro Garcia explicou o processo e ofereceu uma amostra das peças fundidas para

apresentação em sala, ele mostrou a matriz em que se faz a prensa do material e indicou quais

eram os canais de alimentação do molde, figura 59.

Page 79: EC FUNDICAO 2

79

Figura 59 - Injetora utilizada para realizar a fundição por pressão em molde permanente pela OGB – Metalúrgica Birigui. Fonte própria.

Figura 60 - Cubo de engrenagem da CG TITAN. Acima cubo de engrenagem da CG 125 e abaixo, cubo da engrenagem da CG 150. Esta peça havia acabado de ser injetada, o metal, no caso, alumínio, ainda estava

quente, é possível observar os canais de alimentação e as rebarbas deixadas pelo processo de fundição. Fonte própria.

O Sr. Pedro Garcia também ofereceu ao grupo uma amostra de fundição em coquilha,

figura 60, na qual ele fundiu uma peça da empresa TERENCE, essa peça fundida em coquilha

é de uma máquina de semear, as sementes passam por ela quando estão sendo plantadas.

Page 80: EC FUNDICAO 2

80

Figura 61 - Molde metálico para fundição por gravidade. Fonte própria.

Figura 62 - Aquecimento do molde metálico para fundição por gravidade. Fonte própria.

Foi explicado pelo Sr. Pedro Garcia que é indicado que o molde seja aquecido antes de

iniciar a fundição, isso se deve a vários motivos, dentre eles, para evitar respingo do material

ao ser colocado o metal derretido no molde e para evitar a perda de peças, já que ocorre uma

solidificação mais rápida quando o molde está frio.

Page 81: EC FUNDICAO 2

81

Figura 63 - Operador despejando alumínio derretido no molde. Na bancada onde está sendo realizada a fundição em coquilha estão presentes algumas peças prontas já retiradas do molde. Fonte própria.

Figura 64 - Forno de resistência utilizado pela empresa OGB. Fonte própria.

Page 82: EC FUNDICAO 2

82

B. VISITA TÉCNICA NA BOTI METAL – BILAC, SP

Na segunda-feira, dia 31 de agosto de 2009, o grupo foi visitar a empresa BOTI

METAL, situada em Bilac, SP. Ao chegar a empresa, os alunos foram recebidos pelo senhor

Mário ???????????, conhecido na empresa por Marinho.

A BOTI METAL realiza fundição em molde de areia verde, e, em menor quantidade,

molde em areia Shell. O forno é aceso uma vez por semana e o grupo teve a oportunidade de

visitar a empresa no dia em que o forno estava aceso. São fundidos ferro e ferro nodular, no

forno tipo Cubilot que a empresa possui, para acender o forno é utilizado carvão mineral;

dentro do forno são colocados minério de ferro, sucata de ferro (para economia do processo) e

um pedra calcária, para obtenção do ferro fundido. A figura 64 mostra alguns dos itens citados

acima.

Figura 65 - (a) Carvão mineral. (b) Pedra calcária. (c) Minério de ferro. (d) Sucata. (d) Escória. Fonte própria.

A visita iniciou-se com o Sr. Marinho levando o grupo para ver os molde em areia já

prontos e o ferro sendo colocado no molde pelos operadores, figura 65, em seguida, ele

mostrou os moldes utilizados pela empresa, figura 66, e a máquina utilizada para realizar a

Page 83: EC FUNDICAO 2

83

prensagem da areia com resina no molde para obter-se a forma necessária para que a peça saia

conforme desejado ao fim do processo, figura 68. Ele também pediu para que os operadores

quebrassem um molde já pronto para que fosse observado como fica a peça após pronto,

figura 69, ele fez esse pedido tanto para uma peça em ferro fundido como para uma peça em

ferro nodular; foi entregue aos alunos alguns machos utilizados na empresa, um de areia verde

e outro de areia Shell, figura 70, para demonstração em sala.

Figura 66 - Moldes de areia verde da BOTI METAL, de vermelho, na figura à esquerda, operador despejando o ferro fundido sobre o molde; na figura à direita, operador carregando o ferro fundido

derretido. Fonte própria.

Figura 67 - Alguns dos moldes utilizados na BOTI METAL. Fonte própria.

Page 84: EC FUNDICAO 2

84

Figura 68 - Fôrma para montagem do molde de areia verde. Fonte própria.

Figura 69 - Máquina utilizada para prensagem do molde de areia , coloca-se a areia com resina na matriz metálica e prensa com a máquina, assim ela adquire a forma desejada para a fundição. Fonte própria.

Page 85: EC FUNDICAO 2

85

Figura 70 - Peças retiradas dos diversos moldes de areia verde. Fonte própria.

Figura 71 - Exemplos de machos. O macho da esquerda é feito em areia verde e o macho em amarelo é feito em areia Shell. Fonte Shell.

Figura 72 - Fabricação do macho em areia Shell.

Page 86: EC FUNDICAO 2

86

Em seguida, ele levou o grupo até o forno, figura 72, para conhecer seu formato e seu

funcionamento, como é um ambiente hostil e insalubre, não foi possível se aproximar dos

fornos, de forma que os alunos permaneceram a uma distância segura do mesmo.

Figura 73 - Forno Cubilot usado na BOTI METAL. (a) Ferro fundido. (b) Escória. (c) Vista geral do forno. Este forno faz separação automaticamente do ferro bom da escória. Fonte própria.

Após conhecido todo o processo de fundição, o Sr. Marinho mostrou as outras etapas,

para que fosse conhecido o processo de retirada dos canais e rebarbas resultantes do processo

de fundição. Foram vistos diversos processos de fabricação mecânica utilizados para dar

acabamento à peça fundida, como o esmeril, lixadeira, jato abrasivo, torno, pintura, dentre

outros, figura 73.

Page 87: EC FUNDICAO 2

87

Figura 74 - (a) Máquina de jateamento. (b) (c) (d) Métodos de usinagem para dar acabamento á peça. Fonte própria.

Depois de toda a visita técnica realizada, o grupo foi levado até o local onde os produtos

são mantidos após prontos e embalados apenas para nível de conhecimento, ao fim da visita,

foi tirada uma foto do grupo com o instrutor da visita, figura 74.

Page 88: EC FUNDICAO 2

88

Figura 75 - Da esquerda para a direita: Alex, Marck, Marinho, Amanda e Paulo Sérgio. Fonte própria.