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Cronologia 4000 AC - Processo de Fundição por Cera Perdida (modelos perdidos) surge na China, Índia, Egipto, Nigéria e América do Sul. 2800 AC - Processos de obtenção de Ferro a partir dos seus minérios, por redução com carvão vegetal, na Mesopotâmia. 1000 AC - Início da idade do Ferro - obtenção de ferro forjado. 250 a 100 AC - No período Romano a metalurgia do Ferro sofre um grande desenvolvimento a nível de utilizações importantes (machados, feramentas, charruas, canalizações e armamento). 1300 a 1400 - Desenvolvimento de fornos de fusão industrial. Tecnologia de obtenção de Ferro Fundido no forno de Cubilote. 1710 - Início da Revolução Industrial - o coque substitui o carvão industrial no Alto Forno. Início de utilização do Alto Forno na Europa. 1855 - Implantam-se os processos Bessemer, Thomas e Siemens-Martin. Para elaboração do aço a partir da gusa. 1890 - F.Osmond estuda o comportamento do fero a altas temperaturas e define os pontos críticos do Diagrama de Ferro Carbono. 1944 - O alemão Johannes Croning desenvolve e elabora a patente do processo de fundição Shell- Molding. Desde 1960 - Desenvolvimento da fabricação por controlo das transformações para obtenção, em especial, de peças fundidas em aço de alta resistência

Fundicao cera

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Page 1: Fundicao cera

Cronologia

4000 AC - Processo de Fundição por Cera

Perdida (modelos perdidos) surge na China,

Índia, Egipto, Nigéria e América do Sul.

2800 AC - Processos de obtenção de Ferro a partir

dos seus minérios, por redução com carvão vegetal,

na Mesopotâmia.

1000 AC - Início da idade do Ferro - obtenção de

ferro forjado.

250 a 100 AC - No período Romano a metalurgia do

Ferro sofre um grande desenvolvimento a nível de

utilizações importantes (machados, feramentas,

charruas, canalizações e armamento).

1300 a 1400 - Desenvolvimento de fornos de

fusão industrial. Tecnologia de obtenção de Ferro

Fundido no forno de Cubilote.

1710 - Início da Revolução Industrial - o coque

substitui o carvão industrial no Alto Forno. Início

de utilização do Alto Forno na Europa.

1855 - Implantam-se os processos Bessemer,

Thomas e Siemens-Martin. Para elaboração do aço

a partir da gusa.

1890 - F.Osmond estuda o comportamento do fero

a altas temperaturas e define os pontos críticos do

Diagrama de Ferro Carbono.

1944 - O alemão Johannes Croning desenvolve e

elabora a patente do processo de fundição Shell-

Molding.

Desde 1960 - Desenvolvimento da fabricação por

controlo das transformações para obtenção, em

especial, de peças fundidas em aço de alta

resistência

Page 2: Fundicao cera

Fundição - Definição

Processo de enformaçãoenformação no estadoestado líquidolíquido, a quente, seguido de solidificaçãosolidificação controladacontrolada.

• Ferros Fundidos

• Aços

• Alumínio

• Cobre

•Magnésio

• Zinco

• Super-ligas

• Diversas

MateriaisMateriais queque

podempodem serser

vazadosvazados

Ferro Fundido Cinzento, Nodular, Maleável, Ligado resistente ao calor, desgaste e ataquequímico

Corrente, Baixa Liga, Alta Liga, Ligado

Latão, Bronze, Bronze Duro de Canhão,.BronzeAlumínio, Bronze Silicioso

Ligas Níquel, Ligas Cobalto

Ligas de Titânio, Ligas para Rolamentos,Ligas Magnéticas, Ligas Refractárias

Tecnologias da Produção

Page 3: Fundicao cera

Classificação dos Processos de Fundição

ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação DestructívelDestructívelModeloModelo DestructívelDestructível

ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação DestructívelDestructívelModeloModelo PermanentePermanente

ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação PermanentePermanente

• Moldação em areia verde• Moldação em areia seca• Moldação com CO2/Silicato • Shell-Molding• Caixa Fria• Selagem por vácuo

Moldação em areia

• Moldação em cerâmica• Moldação em gesso

Moldação em agregado refractário

• Moldação com modeloevaporável

Moldação em areia

• Moldação com modelosperdidos

Moldação em agregado refractário

• Moldação por gravidade• Moldação sob-pressão• Moldação sob baixa-pressão

Moldes Metálicos

• Vazamento com pressão de centrifugação• Vazamento com pressõescontra-gravíticas• Vazamento por compressãomecânica• Vazamento contínuo

Moldes Metálicos

Tecnologias da Produção

Page 4: Fundicao cera

Fundição – Selecção de Processos de Fundição

Ferros Fundidos

Aços

Alumínio

Cobre

Magnésio

Zinco

Super-ligas

Diversas

Moldações em areia

Moldações com modelos perdidos

Moldações cerâmicas

Moldações permanentes metálicas

Moldações perm. metálicas por injecção

Tecnologias de fundição especiais

Page 5: Fundicao cera

ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição

Meio ModeloSuperior

Pinos de Centragem

Prensos

Meio Modelo InferiorMeio Modelo

Inferior Pinos de Centragem

Caixade

Moldação

Pinosde

Placa de Moldação

Areia de Desmoldação

Crivo

Areia de Moldação

Placa de Moldação

Régua de Alisamento

Placa de Moldação

Caixa de Moldação

Compactação manual da Areia

Fixação

Page 6: Fundicao cera

ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição

Areia de Desmoldação

Bacia de Vazamento

Canal de Vazamento

Enchimento da Caixa de Moldação

Pino Centragem Meio Modelo Inferior

Caixa de Moldação

Pino de Centragem

Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo

Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo

Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo

Caixa de Moldação

Prensos

Meio Modelo Superior

Fixação

Page 7: Fundicao cera

ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição

Ataques

Canal de Distribuição

Canal de Distribuição Canal de Vazamento

MeiaMoldação

MeioModelo

Sistema Gitagem

Sistema Gitagem

Ataques

Sistema Gitagem

Cavidade na Moldação

Modelo

Bacia Vazamento

Canal Vazamento

Page 8: Fundicao cera

Precisão das peças de fundição

Produção de modelos e caixas de machosProdução do molde da moldaçãoSelecção dos materiais das moldaçõesLocalização da linha de apartaçãoVazamento de metalContracção das peças vazadasAcabamento das peças

Page 9: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidas

com aglomerantescom aglomerantescom aglomerantes

sem aglomerantessem aglomerantessem aglomerantes

orgânicosorgânicos

inorgânicosinorgânicos

moldações em gessomoldações em gesso

moldações em material cerâmicomoldações em material cerâmico

com modelos perdidoscom modelos perdidos

Page 10: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

(*) – Areias naturais/Sintecticas

Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]

Sílica (Quartzo)OlivinaZircónio (*)Chamote

ArgilaSilicatos ResinasÓleos Cimento Portland

Outros

Pó de carvãoGrafitePezFuel oil

Serradura, outros

Material desagregado, sem coesão,

constituído por grãos

refractários

Envolver e aderir os grãos, ligando-os entre si, de modo

a conferir-lhes, após compactação, secagem e/ou

reacção química, as características necessárias ao processo de moldação e

vazamento

Melhora ou corrige o comportamento da mistura:

• Inibe reacções – moldação/macho com o

metal fundido• Amortece a dilatação

• Estabiliza a humidade

• Melhora o aspecto superficial das peças

• Promove a colapsilidade (mold./macho)

• Melhora a resistência (mold/macho)

Definição/Função

Definição/Função

AdesãoCoesão

Moldabilidade

11

11

22

22

33

33

44

44

Page 11: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Page 12: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de bases

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Page 13: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Page 14: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Page 15: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Page 16: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.

Page 17: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.

Estar livre de produtos que gerem gases às altas temperaturas envolvidas

Page 18: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.

Estar livre de produtos que gerem gases às altas tempoeraturas envolvidas

Estarem disponíveis a factores de custo baixo.

Page 19: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.

Estar livre de produtos que gerem gases às altas tempoeraturas envolvidas

Estarem disponíveis a factores de custo baixo.

Apresentarem uma composição uniforme.

Page 20: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades exigidas às areias de base

Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas

Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.

Não apresentar reactividade química com o metal fundido

Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.

Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.

Estar livre de produtos que gerem gases às altas temperaturas envolvidas

Estarem disponíveis a factores de custo baixo.

Apresentarem uma composição uniforme.

Terem compatibilidade com os aglomerantes.

Page 21: Fundicao cera

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades e características das areias de moldação

Refractariedade

Permeabilidade

Capacidade da areia para suportar a temperatura de vazamento sem fundir, nem amolecer.

Capacidade que a areia possui em deixar atravessar, pelos seus poros, os gases.

DilataçãoCaracterística que a areia possui de se expandir com o aumento da temperatura.

Influência da granulometria da areia na permeabilidade

Representação gráfica da dilatação de areias de moldação seleccionadas

R=f(tipo, grau de pureza, granulometria e forma da areia, teor de aglomerante)

P=f(tipo, granulometria e forma da areia, teor de aglomerante, preparação da mistura)

D=f(tipo, granulometria, forma do grão)

Page 22: Fundicao cera

Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas

Propriedades e características das areias de moldação

Moldabilidade Resistência oferecida pelos pontos de contacto ligados pelo aglomerante.

R = f(tamanho, forma e distribuição do grão, tipo e teor aglomerante, densidade)

Resistência mecânica

Plasticidade suficiente para adquirir a forma do modelo.

Acabamento superficial das peças

A = f(tamanho e distribuição de grão,refractariedade,condições de vazamento)

Influência dos pontos de ligação do aglomerante na resistência

Influência da granulometria na rugosidade superficial da peça vazada

M=f(Teor e Homogeneidade da mistura,Tempo de vida)

Page 23: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação em “areia verde”Processos de moldação em “areia verde”

Preparação da areia de moldaçãoPreparação da areia de moldação

SílicaSílica

SecagemMoagemCrivagemDosagem

AreiaAreiafundiçãofundiçãovelhavelha

DesmoldaçãoTrituraçãoSeparaçãoCrivagemDosagem

Areia de Fundição

Areia de Fundição

ArgilaArgila AditivosAditivos ÁguaÁgua

Mistura

Desintegração

Page 24: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação em “areia verde”Processos de moldação em “areia verde”

Preparação das moldações em areiaPreparação das moldações em areia

2 . Compactação2 . Compactação

ManualManualManual Mecânica Mecânica

1 . Colocação da areia1 . Colocação da areia

Tipos de compactação mecânica da areia de moldação

Processo de insuflação seguido de

compactação

Compactação da areia por impulso de ar

sobre pressão (+GF+)

Page 25: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação com ”cércea”Processos de moldação com ”cércea”

Processo utilizado no fabrico de peças de grandes dimensões e Processo utilizado no fabrico de peças de grandes dimensões e que apresentam formas de revolução ou perfis paralelos.que apresentam formas de revolução ou perfis paralelos.

Construção de

uma moldação

utilizando

cércea e

acrescentos à

cércea.

Page 26: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação Silicato de Sódio /COProcessos de moldação Silicato de Sódio /CO22

1 . Mistura1 . Mistura

Areia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + AditivosAreia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + AditivosAreia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + Aditivos

3 . Insuflação de CO3 . Insuflação de CO22

2 . Compactação2 . CompactaçãoMétodos de insuflação de CO2 nas areias aglomeradas de Silicato de Sódio

a) Sonda tubular

b) Câmpanula

c) Tampa superior

d) Através do modelo

e) Após vácuo

Page 27: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22

Vantagens Desvantagens

• Matérias primas vulgares e económicas

• Aglomerantes não tóxicos.

• O sistema não contamina as ligas vazadas.

• Reduzida libertação gasosa.

• Minimização dos defeitos de expansão da areia e os seus problemas de fissuração.

• Aglomerante compatível com todas as areias de base, e com areia verde.

• Controlo apertado das variáveis do processo

• Resistência da areia aglom. deteriora-se com a humidade.

• Fraca colapsibilidade

• Redução da refractariedade da areia de fundição reciclada

Page 28: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22

Capacidades

• Aplicável a diferentes tipos de ligas incluindo as ligas de Al, Cu e os metais ferrosos.

• Utilizado para peças de grandes secções (25- 50 Kg).

• Utilizado para peças únicas ou para pequenas séries.

• Taxa de produção mais lenta do que as moldações em areia.

• Espessura mínima de 5 mm.

• Detalhes nem sempre bem definidos.

• Possibilidade de obtenção de furos de 6 mm de diâmetro.

• Possibilidade de requerer a operação de maquinagem

Page 29: Fundicao cera

Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos

Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22

Page 30: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””

Areia de

FundiçãoFundição

Sílica

Zircónia

Olivina

Areia

Resinas de base Fenólica

Resinas de base de Ureia

Resinas de base Melamina

Aglomerante

Hexametiltetramina

Acelerador

À base de Petróleo

Agente humidificador

Page 31: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo convencionalProcesso convencional

Sequência de OperaçõesSequência de Operações

1. Elaboração de um modelo metálico e fixação deste a uma placa

metálica placa-molde.

2. Revestimento com desmoldante e aquecimento

entre 150 º C e 300ºC.

3. Fixação a uma caixa basculante contendo areia pré-revestida com resina.

4. Rotação de 180º. Formação da carapaça.

5. Nova rotação de 180º. Queda da areia não polimerizada. 6. Homogeneização da

carapaça. Estufa aquecida entre 250 ºC a 600 ºC.7. Repetir para a outra meia moldação.

9. Extracção e acabamento final das peças.

8. União das duas meias moldações e vazamento do metal, normalmente sob acção da gravidade.

Page 32: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “Shell Moulding”Processos de moldação “Shell Moulding”

Propriedades das Moldações “ Shell MouldingShell Moulding”

Resistência à erosão durante o vazamentoResistência ao calor

Resistência mecânicaPropriedades térmicas

Capacidade calorífica da carapaça

Condutibilidade térmica da carapaça

Coeficiente de transmissão de calor da carapaça para o meio envolvente

Page 33: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo sob vácuoProcesso sob vácuo

A carapaça é imersa num material de reforço granular. Durante o vazamento e fase de arrefecimento é feito vácuo através da base da moldação.

Carapaças de Shell Moulding na vertical para vazamento sob vácuo Redução da possibilidade de colapso da parede da

carapaça.

Redução da necessidade de arrefecimento do material da moldação

Controlo do meio ambiente e redução da formação de chamas por combustão dos gases libertados pelas resinas quando aquecidas.

Principais vantagensPrincipais vantagens

Page 34: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo CLASProcesso CLAS

Melhoria da sanidade e qualidade metalúrgica das peças face ao processo convencional.

Controlo do meio ambiente (libertação de fumos) e redução da formação de chamas por combustão dos gases libertados pelas resinas quando aquecidas.

Peças vazadas isentas de bolhas provenientes da retenção de gases.

Principais vantagensPrincipais vantagens

Aplica o conceito de vazamento por vácuo gerando forças de vazamento contra as da gravidade. Colocação da carapaça de Shell Moulding numa câmara de vácuo com um canal de enchimento imerso no metal em fusão.

Page 35: Fundicao cera

Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””

Vantagens

• Maior precisão dimensional,

• Menor rugosidade superficial das peças vazadas,

• Maior rapidez de fabrico e mão de obra menos especializada,

• Moldações leves e fáceis de transportar,

• Redução do volume das areias de moldação utilizadas e oficinas muito mais limpas,

• Exige menos espaço, quer para o fabrico das moldações, quer para o seu armazenamento,

• Possib. de armazenamento das “ carapaças”

• Processo mais económico, que os em areia verde, para a produção em série de peças complexas.

Desvantagens

• Custo mais elevado das areias pré-revestidas com resina, em relação às areias verdes,

• Custo mais elevado das placas-modelo, exigindo séries maiores embora muito menores que na moldação em coquilha.

• Limitação a peças de tamanho pequeno a médio, aconselhável até cerca de 15 Kg,

• Areias não recicláveis económicamente.

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Page 36: Fundicao cera

Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””

Capacidades

• Gama de ligas metálicas - todos os tipos de metais e suas ligas,

• Gama de dimensões e pesos - peças desde algumas gramas até centenas de quilos, a maioria da produção incide na faixa 0.5 a 15 Kg,

• Volume de produção e tempos - Normalmente para o fabrico de peças em série, produção de carapaças pode ser muito rápida,

• Capacidade de obter espessuras mínimas - com ligas de grande fluidez podem ser obtidas espessuras da ordem dos 1.9 a 2.3 mm ( 1 mm processo CLAS),

• Réplica de detalhes - superior à obtida nos processos em areia verde mas inferior à obtida nos processos de moldação cerâmica,

• Acabamento superficial – permite obter rugosidade superficial da ordem dos 3,2 µm (areia verde a rugosidade é ≅12,5 µm)

• Furos obtidos por vazamento - diâmetros mínimos de 3 mm,

• Precisão dimensional - função das dimensões lineares das peças vazadas.

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Page 37: Fundicao cera

Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””

Exemplos de peças produzidas

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Page 38: Fundicao cera

Processos de moldação por presa a frioProcessos de moldação por presa a frio

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

A areia, o aglomerante e o agente de cura são misturados antes de serem calcados sobre os modelos ou nas caixas de machos. O processo de reacção para presa tem início imediato, com o tempo de cura a depender do tipo e da quantidade do agente de cura.

Processo de presa a frio

Processo de caixa fria

Processo de caixa quente

A areia, o aglomerante são misturados numa primeira fase. Depois são encalcados para formar a moldação ou macho, antes do agente de cura ser introduzido sob a forma de um gás ou vapor.

A principal diferença em relação aos dois processos anteriores é a necessidade da aplicação de calor para o processo de cura do macho.

Page 39: Fundicao cera

Processos de moldação por presa a frioProcessos de moldação por presa a frio

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Aglom

eran

tes

Furânicos

Fenólicos

Fenólicos curados por Ester

Alkyd Uretano

Sistema Fenólico Uretano

Sistema Poliol-Uretano

Page 40: Fundicao cera

Processos de moldação por caixa friaProcessos de moldação por caixa fria

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

�Sistema de Caixa fria Fenólico Uretano

�Processo SO2

�Processo Epoxi-SO2

�Processo de cura por radicais livres

�Processo de cura por Ester Fenol

�Processo CO2-Poliacrílico

�Prtpocesso “Redset”

O Sistema CFFU é recomendadopara produção tanto de blocos e cabeçotes como para a fundiçãopeças automobilísticas em ferrofundido em geral

Page 41: Fundicao cera

Processos de moldação por caixa quenteProcessos de moldação por caixa quente

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Resinas utilizadas

Agente de cura

Temperatura

Processo

Caixa quente Caixa aquecidaCaixa quente Caixa aquecida

Base – Álcool furfurílico e/ou Fenol

+Ureia+Formaldeído

Catalizador ácido

T[220,245]ºC

Mistura húmida introduzida por sopragem numa caixa de machos aquecida

Misturas a frio de álcool furfurílico

Sais de Cobre dissolvidos em ácidos sulfônicos aromáticos

T[150,220]ºC

Alternativa ao processo de caixa quente, melhor com menos aglomerante

Machos obtidos pelo processo de caixa quente

EXEMPLOS de peçasEXEMPLOS de peças

� Ferramentas de máquinas

� Equipamentos mecânicos

Page 42: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Capacidades e Limitações

• Gama de ligas metálicas – vasta gama incluindo ligas de Al e Cu, Ferros fundidos e Aços,

• Gama de dimensões e pesos das peças – médias e grandes; machos produzidos em grandes séries,

• Tempo de produção – semelhantes ou superiores aos do processo de Silicato de Sódio-CO2,

• Capacidade de obter espessuras mínimas – uma secção mínima de 5 mm é aceitável,

• Réplica de detalhes – sendo um processo em areia, a expectativa não deverá ser elevada,

• Acabamento superficial – rugosidade superficial entre 6 a 25 µm,

• Furos obtidos por vazamento -∅ mínimo igual ou superior a 6 mm,

• Precisão dimensional - processos de maquinagem continuam a ser requeridos.

Processos de moldação por presa a frio, de caixa fria e de caixaProcessos de moldação por presa a frio, de caixa fria e de caixa quentequente

Page 43: Fundicao cera

Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processo de moldação em areia de alta precisão, com vazamento sob baixa pressão.

Fabrico do modelo ( resina ) e caixa de machos

Produção das moldações e machos recorrendo a máquinas automáticas de projecção de areia ( Zircónia ), aglomerada por insuflação de

SO2 , em caixas metálicas.

Vazamento do metal em atmosfera protegida, o metal é aspirado por vácuo pela parte de baixo da moldação.

Montagem dos machos na moldação Inferior

Técnicas de preparação das moldações

Page 44: Fundicao cera

Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Características

Sistema de gitagem de vazamento e de alimentação

• O metal entra na moldação por baixo através de canais que ligam a cavidade de moldação aos canais de distribuição do forno

• O enchimento da moldação é controlado por bombas de vácuo

• As moldações não necessitam de alimentadores

Preparação das moldações normal com presa a frio mas sem caixa

(aro metálico externo)

Não é necessário revestir a cavidade interna da moldação com umapintura refractária

Page 45: Fundicao cera

Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Capacidades e limitações

• Gama de ligas metálicas – ligas de Al (inicial) e ligas metálicas ferrosas e não ferrosas,

• Gama de dimensões e pesos das peças – de 0,2 a 55 kg para peças em Al,

• Tempo de produção – não são superiores aos tempos habituais para processos com resinas,

• Capacidade de obter espessuras mínimas – da ordem dos 4 mm (mas podem ser inferiores),

• Furos obtidos por vazamento -∅mínimo da ordem dos 6 mm,

• Acabamento superficial – melhores que nos processos convencionais em areia, mas não

atingem a qualidade obtida pela cera perdida; a rugosidade varia de 3 a 6 µm,

• Precisão dimensional – função das dimensões das peças vazadas.

Page 46: Fundicao cera

Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Aplicações

Indústrias aeroespacial e de defesa

ex: caixas de engrenagens de transmissão

acentos de mísseis

Indústria automóvel

ex:Motores em ligas de Alumínio

Page 47: Fundicao cera

Processos de moldação “ColShellProcessos de moldação “ColShell””

Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos

Processos de moldação “ZeusProcessos de moldação “Zeus””

“Cosworth”

“Zeus”

Zircónia

Sílica

Precisão

Secção mínima

Economia

Secção fina

Ligas de Alumínio

Moldações a frio “Shell Moulding”

“ColdShell”

A forma do molde da peça é obtida por uma mistura de areia que endurece em contacto com o modelo sem calor.

Faz-se insuflação de um gás de reacção para se obter presa rápida por reacção química a frio.

As placas molde podem ser de madeira ou resina.

Page 48: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Método de fundição sem cavidade, com modelo de espuma de PS envolvido por uma areia não aglomerada.

O modelo deixado na moldação em areia é decomposto pelo metal fundido.

O metal substitui as espuma do modelo reproduzindo exactamente todas as formas deste.

Factores chave no controlo do processo

Mod

elo

Mod

elo Qualidade superficial

Fusão

Estabilidade dimensional

Densidade da espuma

Page 49: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Etapas do processo - EPC 1. Confecção dos modelos indiuviduais.

2. Ligação dos modelos ao sistema de enchimento, formando “árvore”.

3. Revestimento com líquido refractário e secagem

4. Introdução de uma camada de areia na caixa de moldação; Colocação da “árvore” na caixa; Introdução e compactação, por vibração, da areia não aglomerada.

5. Vazamento do metal fundido;Vaporização do modelo de espuma substituindo com precisão todos os seus pormenores.

6. Separação da areia solta das peças vazadas; Acabamento final e controlo dimensional

Bacia

de

enchimento

25 –75 mm

Colagem

dos

modelos

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Page 50: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Produção do modelo – PS expandido(1)

Enchimento

a) Introdução do PS pré-expandido através de ar comprimido num molde metálico.

b) Compactação utilizando um êmbolo pneumático.

Fusão

c) Aquecimentodo sistema, pela passagem de vapor através do material, para formação do modelo de espuma.

Arrefecimento

d) Normalmente efectuado por vaporização de água na parte exterior no molde, para manter a geometria dimensional após ejecção.

Ejecção

e) Abertura da prensa e ejecção pneumática ou mecânica do modelo.

(1) – Para reduzir a densidade do PS [640 Kg/m3] é necessário efectuar, antes da produção do modelo propriamente dito, um processo de pré-expansão [16-27 kg/m3]

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Page 51: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Revestimento do modelo

Objectivos

Fornece uma barreira entre a superfície lisa do modelo e a superfície rugosa da areia.

Permite uma permeabilidade controlada. Os gases produzidos pela vaporização da espuma escapam-se, através do revestimento, para a areia, afastando-os do metal da peça.

(2) - A escolha da base do revestimento é limitada à compatibiladde com a espuma.

Constituição

Sílica – refractário preferido: Baixo preço / Excelente coeficiente de transmissão de calor.

Zircónia e Olivia – Não são os mais comuns.Água – mais utilizada++

Refractário Base (2)

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Montagem do modelo A montagem é efectuada por colagem dos modelos numa “árvore”.

As colas são especiais para o processo e realizam-se a quente T∈[120,130]ºC.

Page 52: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Revestimento do modelo

Modo de Aplicação

(2) - A escolha da base do revestimento é limitada á compatibiladde com a espuma.

Secagem

Imersão Pulverização Pintura Escoamento

Grandes dimensões

Peq. e média dimensão

Dim. Modelo

Processo

� � �

Natural – Ar livre (t=24 horas)

Forçada - Estufa (T∈[50,65]ºC;t ∈[2,6]horas)

Micro-ondas para aplicações de grande produtividade

Areia moldação

Sílica (mais utilizada); Forma:grão quase esférico a esférico; Granulometria: diferentes para diferentes aplicações.

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Page 53: Fundicao cera

Principais vantagens

• Inexistência de linha de apartação e de machos.

• Processo económico e fácil de realizar e controlar.

• Necessário menos areia e a sua reutilização não necessita de reciclagem.

• Simplificação dos processos de limpeza das peças vazadas.

• Aumento do rendimento da fundição com arranjo tridimensional dos modelos.

• Redução de mão-de-obra, e sua especialização.

• Produção variada de peças de forma contínua.

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Page 54: Fundicao cera

Capacidades

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

• Gama de ligas metálicas – Ligas de Al, ferros fundidos, aços ao carbono resistentes ao desgaste e ao calor

• Gama de dimensões e pesos das peças – Produção em série – pesos de 0,5 a 25 kg; Produção de peça unica – pesos até às toneladas.

•Tempo de produção – Versátil, desde uma peça única a milhões de peças.

• Capacidade de obter espessuras mínimas – secções de 3,5 mm podem ser vazadas por este processo.

• Furos obtidos por vazamento – Furos de φ3 mm de diâmetro podem ser obtidos.

• Acabamento superficial – Função da qualidade superficial do modelo e da camada de

revestimento refractário. Rugosidade entre [ 6.3, 25] µ m.

• Precisão dimensional – Maior precisão que no processo de areia verde. Maquinagem aindanecessária para dimensões mais críticas.

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Page 55: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Exemplo de peças obtidas

Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC

Peças vazadas em Alumínio para a indústria automóvel:

Tubeiras de admissão, permutadores de calor,

cabeças de motor e blocos.

Ferro fundido:

Bielas, discos de travagem,

tubeiras de escape, caixas de diferencias.

Page 56: Fundicao cera

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Unidade de moldação em Vacúo maior do mundo -

Switch & Manufacturing Co., Carlisle, Pennsylvania.

Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV

A areia não aglomerada é posicionada entre duas folhas de plástico finas e mantida no lugar por aplicação de vácuo.

Exemplo de peças obtidas

Corpos para vávulas, peças para máquinas ferramentas, máquinas textéis e máquinas de impressão.

Inicialmente: peças chatas.

Hoje em dia:

Page 57: Fundicao cera

Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

1. Construção do modelo sobre uma placa molde oca com pequenos furos para ventilação.

2. Colocação, sobre o modelo e sistema de gitagem, de um filme de plástico fino aquecido e esticado.

3. Aplicação de vácuo à placa-molde que, por sucção através dos furos de ventilação, aperta firmente o filme contra o modelo.

4. Colocação de uma caixa de moldação, de paredes ocas, contendo uma ligação ao vácuo, sobre a placa molde.

5. Colocação da areia e sua compactação.

6. Remoção da areia em excesso e moldação da bacia de vazamento.

7. Outro filme de plástico é colocado no topo da areia e é aplicado vácuo à caixa de moldação. Obtenção de uma moldação extremamente densa e dura. Remoção da placa molde por extinção do vácuo exercido sobre esta.

8. Vazamento do metal mantendo o vácuo

9. Remoção da peça por extinção do vácuo.

Sequência de operações

Bacia de vazamento

Page 58: Fundicao cera

Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

Desvantagens

• O processo não é normalmente utilizado em grandes séries.

• Velocidade de solidificação do metal vazado menor, por as moldações conterem uma

certa humidade.

Vantagens

• Inexistência de aglomerantes: reduz a produção de fumos e poeiras.

• Desnecessárias máquinas de mistura e moldação de areia.

• Simplificação das máquinas de abatimento e recuperação de areia.

• Modelos iguais aos da moldação em areia verde, com excepção dos furos de ventilação

que são colocados rigorosamente à volta do modelo para adesão do filme plástico.

• Desgaste do modelo reduzido pois a areia nunca contacta com a sua superfície.

• Fluidez melhorada muitas vezes devido à vaporização do filme com um gás redutor.

Page 59: Fundicao cera

Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV

Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada

• Gama de ligas metálicas – Ligas de Alumínio e Cobre, ferros fundidos e aços.

• Gama de dimensões e pesos das peças – Produção em série: pesos ∈ [100, 2500]kg; Peças com superfícies grandes e profundidades baixas.

• Tempo de produção – Produção normal: 5 a 10 moldações por hora. Produção automática:50 a 60 moldações por hora.

• Capacidade de obter espessuras mínimas – Secções de 3,0 mm podem ser vazadas por este processo.

• Réplica de detalhes – Permite obter detalhes de forma geométrica.

• Acabamento superficial – Boa qualidade superficial: [ 3.2, 12.5] µ m.

• Precisão dimensional – Maior precisão que no processo de areia verde ou com aglomerantes de presa a frio.

Capacidades

Page 60: Fundicao cera

Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso

Produção peças vazadas de ligas metálicas não ferrosas, ligas de Alumínio, com superfícies lisas, de detalhes finos.

Processo convencionalProcesso convencional

Moldação com gesso em espumaMoldação com gesso em espuma

Processo “Antioch”Processo “Antioch”

Ex: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidas

Rotores de pás para bombas

Turbinas para a indústria aeroespacial

Componentes para fuselagens de aviões

Instrumentos científicos...

Variantes do processoVariantes do processoVariantes do processoVariantes do processo

Page 61: Fundicao cera

Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso

Processo convencionalProcesso convencional

∆∆∆∆t

Modelo permanente

Pasta

T=160ºCT=160ºC

Água

1 2

3 4

1. Preparação da pasta.

Pasta=gesso de Paris + Água.

Vazamento da pasta sobre o modelo metálico.

2. Obtenção de presa ao ar

3. Remoção de água livre por permanência em estufa a temperatura controlada.

4. Vazamento da liga metálica no interior do molde

Vazamento sob vácuo

Vazamento assistido por pressão

Etapas do processoEtapas do processo

Moldação com gesso em espumaMoldação com gesso em espuma

1. Preparação da pasta.

Gesso em espuma= Gesso+ Água + Ar Vazamento da pasta sobre o modelo de borracha

Processo “Antioch”Processo “Antioch”

2. Obtenção de presa Moldações em autoclave, sob pressão e temperatura do vapor de águaDiferenças em

relação ao

processo convencional

Page 62: Fundicao cera

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso

Material

Gesso hidratado em diferentes percentagens.

Introdução de água e aquecimento temperatura moderada

Consistência

Rígidos (permanentes) [placas-molde de madeira, plástico, metal]

Flexíveis [gesso em espuma - poliuretano flexível]

Modelos

Desmoldante

Óleo ou cera

Moldações

Page 63: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processos de fundição de precisão com moldações em gessoProcessos de fundição de precisão com moldações em gesso

Vantagens

• Capacidade de produzir formas complexas

• Possibilidade de vazar secções finas

• Excelente réplica dos detalhes dos modelos.

• Produção de peças vazadas de grande precisão dimensional.

• Peças com bom acabamento superficial.

• Redução de tensões residuais e de distorções.

Desvantagens

• Baixa produção devido aos lentos processos de execução.

• Baixa permeabilidade do metal de moldação.

• Propriedades metalúrgicas diferentes devido ao processo de solidificação lento.

• Materiais de moldação não recicláveis.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 64: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Capacidades

Processos de fundição de precisão com moldações em gessoProcessos de fundição de precisão com moldações em gesso

• Gama de ligas metálicas – Ligas de Al predominantemente; Ligas de Mg e Zn;

• Gama de dimensões e pesos das peças – pesos, correntemente: de 50 g a 10 kg; peso máximo : 50 kg.

• Tempo de produção – Mais curtos que os necessário para o processo de cera perdida ou fundição injectada.Processo indicado para pequenas produções.

• Capacidade de obter espessuras mínimas – secções podem ir até aos 0,25 mm mas normalmente são da ordem: 1,5 mm – ligas de Zn, 1,75 mm – ligas de Al e 2,25 mm – ligas de Cu.

• Réplica de detalhes – Permite obter detalhes de forma devido à fluidez do material de moldação em contacto com os modelos.

• Furos obtidos por vazamento – Não são recomendáveis φ inferiores a 6 mm: fragilidade dos materiais de moldação. Podem ir até 0,5 a 1,5 mm quando de maior precisão.

• Acabamento superficial – Bom para ligas de médio ponto de fusao: [ 0.8, 3.2] µ m.

• Precisão dimensional – Função da liga vazada e das dimensões lineares da peça: ±[0.175, 0.625] mm

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 65: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Técnica de construção de moldações que utiliza como material de moldação agregados refractários aglomerados.agregados refractários aglomerados.

�� PrecisasPrecisas

�� InertesInertes

�� RígidasRígidas

MoldaçõesMoldaçõesMoldaçõesMoldações

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Processo ShawProcesso Shaw

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 66: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processo de moldação ShawProcesso de moldação Shaw

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Aço

Grãos finos de material refractárioAglomerante

Agente de gelificação

• Mulite (Alumino Silicato)• Zircónia

• Sílica

Silicato Etilo (líquido)

I.F.↑

%↑• Hidráto de Amónia

+• Hidrato Silicato Etilo

Massa cerâmica

Constituição da massa cerâmica refractáriaConstituição da massa cerâmica refractária

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 67: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processo de Moldação ShawProcesso de Moldação Shaw

Sequência de operações

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Vazamento da massa cerâmica refractária na caixa de moldação entre uma pré-forma e um modelo de precisão (c).

Constituição de uma pré-forma de moldação (b) a partir do modelo de pré-formação (a).

Gelificação do material da moldação passado um curto intervalo de tempo.

Separação do modelo de precisão da meia moldação (d).

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 68: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processo ShawProcesso Shaw

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Sequência de operações

Incêndio da massa de moldação para queima e remoção de matérias orgânicas e do álcool nela contido.

Acabamento superficial fino.

Produção de peq. fissuras internas.

Introdução da moldação num forno para retirar últimas matérias combustíveis da massa e para produzir uma estrutura sólida, rígida, inerte e precisa.

Sinterização

T ≥≥≥≥1000ºC

Montagem da moldação cerâmica numa caixa com areia.

Vazamento do metal fundido no interior da moldação cerâmica

Fundição

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 69: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

• Facilidade de extracção dos modelos de precisão após gelificação.

• Estabilidade dimensional durante as diferentes fases de construção da moldação (reprodução de detalhes).

• Resistência mecânica da moldação final (retirada do aro externo de moldação).

• Boa resistência aos choques térmicos (vazamento do metal em moldações frias).

• Boa permeabilidade ao ar (não ∃ materiais combustíveis para gerar gases).

• Facilidade de extracção das peças vazadas (colapsilidade da moldação).

Vantagens

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Processo ShawProcesso Shaw

Desvantagens

• Não é recomendada a reciclagem da moldação por motivos económicos.

• Devem ser observadas condições de segurança contra explosões e contra inalação de gases.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 70: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Capacidades

• Gama de ligas metálicas – Metais ferrosos principalmente: aços de baixo carbono, inoxidáveis e de liga para ferramentas; Outros: ligas de Al, Cu e Berílio.

• Gama de dimensões e pesos das peças – Superiores às obtidas em cera perdida em moldações cerâmicas. Podem ir até às toneladas (bases de ferramentas).

• Tempo de produção – Pequenas séries (tempo de moldação grande). Automátização: 15 peças/hora.

• Capacidade de obter espessuras mínimas – Em geral produzem-se espessuras grandes. Com procedimentos especiais as espessuras mínimas vão até aos 1,5 mm.

• Acabamento superficial – Afectado por: grau de refractariedade, temperaturas do metal e da moldação, reacções entre metal e material da moldação e tamanho de grão dos pós. Podem obter-se

rugosidades inferiores a 3.2 µm.

• Precisão dimensional – Função da liga vazada e das dimensões lineares da peça. Quanto maiores as peças maior a tolerância apresentada.

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Processo ShawProcesso Shaw

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 71: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Ferramentas e matrizes para extrusão, forjamento, fundição injectada, injecção de plástico e produção de vidro; Compressão de compósitos.

Componentes de precisão para equipamentos mecânicos: Indústria aeronáutica e aeroespacial

Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico

Peças vazadas em : ligas de aço

Processo ShawProcesso Shaw

Acabamento superficial – excelente

Composição metalúrgica – integra.

Características

Peças obtidas

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 72: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Tecnologia Mecânica - Demgi

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida”- “Lost Wax Process” - “Investment Casting Process”

Na construção das moldações são aplicadas camadas de uma pasta refractária que vão envolver

um modelo perdido, normalmente feito em cera. As camadas cerâmicas são posteriormente

endurecidas para se obter a moldação perdida.

Moldação em casca cerâmica

Construída por camadas sobrepostas. Técnica predominante para aplicações

em engenharia de precisão.

Moldação em bloco cerâmico

Moldação sólida. Técnica mais utilizada

para a produção de próteses dentárias,

estatuária e joalharia, algumas aplicações em

engenharia ( ligas não ferrosas )

VARIANTES

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 73: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “CeraPerdida” - Moldação em Casca CerâmicaCasca Cerâmica

Tecnologia Mecânica - Demgi

Cozimento do molde cerâmico a alta temp. para completar o processo de presa.

Injecção da cera nos moldes metálicos para elaboração dos modelos.

Eliminação da cera através de pressão e calor.

Separação das peças da “árvore” por corte.

Fabrico da “arvore” de modelos perdidos.

Operação de lixamento do canal de ataque

Revestimento primário c/ lama refractária de granul. fina.

Preenchimento do molde cerâmico com metal.

Inspecção visual, dimensional e metalográfica das peças.

Revest. secundário com material refractário. Casca cerâmica auto-resistente.

Remoção do material refractário.

Produto pronto para ser enviado ao cliente.

ETAPAS

Nota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 74: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida” - Moldação em Bloco CerâmicoBloco Cerâmico

1- Construção do molde a partir do modelo “mestre” elaborado pelo escultor.

2- Elaboração dos modelo em cera perdida.

3- Revestimento primário com lama refractária de granulometria muito fina. Pulverização com partículas refractárias de maior dimensão.

4-Vazamento do revestimento refractário de pasta cerâmica. Construção da moldação em bloco cerâmico.

ETAPAS

Tecnologia Mecânica - DemgiNota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 75: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “cera perdida” - Moldação em Bloco CerâmicoBloco Cerâmico

5- Destruição do modelo em cera. Introdução do molde refractário num forno.Cozimento do molde.

6- Vazamento do metal líquido.

7- Abatimento damoldação. corte dos gitos.

7-Operaç

ões de ac

abam

ento.

Tecnologia Mecânica - DemgiNota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 76: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida”

Condições a que deve satisfazer o material dos modelos:

1. fundir a uma temp. relativamente baixa sem deixar resíduos na moldação;

2. não deve atacar nem o material das moldações onde o modelo é feito nem o das moldações a que vai dar origem;

3. à temp. a que for manipulado deve ter resistência mecânica suficiente para não se deformar e uma dureza tal que não seja facilmente riscado;

4. deve encher rapidamente a moldação onde é injectado;

5. ter um pequeno coeficiente de contracção.

Modelos Perdidos

Tecnologia Mecânica - Demgi

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 77: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida”

Modelos Perdidos

Constituição:

Cera(s) + Aditivos

Naturais

Sintéticas

Polímeros ( ex: PE, Nylon, Celulose Etílica )

Resinas ( ex: óleo de crude, res. pinheiro )

Pós inertes ( ex: PS c/ ácido Isoftálico,Bisfenol )

Outros ( ex: água, antioxidantes, corantes )

Função: melhorar as “áreas” em que as ceras são “deficientes” (resistência, rigidez, tenacidade, controlo dimensional)

Tecnologia Mecânica - Demgi

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 78: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida”

Etapas do processo “cera perdida” Critérios de selecção das ceras

Tecnologia Mecânica - Demgi

Custo, disponibilidade, facilidade de reciclagem, toxidade e factores ambientais.

Construção da moldação

Diversos

Ponto de amolecimento, gama de arrefecimento, propriedades reológicas, capacidade para duplicação de detalhes, superfície, tempo de produção total.

Poder lubrificante, resistência, rigidez, dureza, tenacidade, estabilidade e soldabilidade.

Expansão/contracção térmica, contracção por solidificação, tendência à cavitação, distorção e estabilidade.

Resistência, tenacidade, resistência aos aglomerantes e solventes.

Ponto de amolecimento, viscosidade, expansão e difusão térmica, conteúdo em cinzas.

Injecção

Remoção, Manuseamento e Montagem

Remoção do modelo de cera da moldação e cozedura do material cerâmico

Controlo dimensional

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 79: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Moldação por “Cera Perdida”- Moldação em carapaça

Tecnologia Mecânica - Demgi

Revestimentos Refractários

Constituição:

+Refract.

Pós de Sílica

Pós de Zircónia

Alumina

Silicatos de Alumina

Aglom.Silicato de sódio liquido

Silicato de etilo

Outros

Sílica coloidal

+ (Liq.)

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

------------------------------------------------------

Page 80: Fundicao cera

Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Fundição por “Cera Perdida”

Tecnologia Mecânica - Demgi

Capacidades e limitações

• Gama de ligas metálicas – qualquer liga pode ser vazada, incluindo as que são impossíveis de forjamento ou demasiado dificeis de maquinar.

• Gama de dimensões e pesos das peças – têm vindo a aumentar: peças de ferro c/ 300 Kg e ligas de Al c/ 1000 mm.

• Tempo de produção – Processo moroso e exigente na obtenção dos modelos.

• Capacidade de obter espessuras mínimas – Dependem da liga. Conseguem-se obter espessuras de 2 décimos de mílimetro, embora não se deva descer abaixo dos 1.5 mm (inferiores às obtidas pelo processo Shell Moulding).

• Réplica de detalhes – Grande fidelidade na reprodução de detalhes.

• Furos obtidos por vazamento – Ømin=1 mm (comprimento do furo não muito longo)

• Acabamento superficial – Dependente da liga metálica e do processo de reprodução das

superfícies, rugosidade superficial de 3.2 µm facilmente atingível.

• Precisão dimensional – tol ( dimensões lineares ) = +/- 0.125 mm/25 mm, em ligas de baixo ponto fusão pode atingir-se +/- 0.05 mm/25 mm.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Fundição por “Cera Perdida”

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Principais vantagens Aplicações

• Flexibilidade de forma

• Tolerânicas dimensionais apertadas

• Grande produtividade

• Elevado rigor dimensional

• Bom acabamento superficial

•Grande variedade de materiais

utilizados

•Inexistência de linhas de partição

• Espessuras mínimas inferiores às

obtidas por Shell Molding

Indústias:

• aeroespacial

• aeronaútica

• automóvel

• agrícola

• têxtil

• armamento

• computadores e electrónica

• próteses médicas

• joalharia e estatuária

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Tecnologia Mecânica - Demgi

Exemplos de peças produzidas

Fundição por “Cera Perdida”

Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Fundição por “Cera Perdida” - Processos contra gravidade

Processo CLA

1. Casca cerâmica aquecida é colocada dentro de uma câmara protegida da atmosfera. Coluna de enchimento com saída na base da câmara.

3. Descida na direcção do forno de forma a que o bocal da coluna de descida fique imerso.

4. Realização de vácuo dentro da câmara.

Processo CLV

1. Colocar câmara selada c/ moldação cerâmica acima da câmara de vácuo que contem o forno.

2. Ligação das duas câmaras.

3. Fusão do metal sob vácuo. Enchimento das câmaras com gás árgon. Abertura da válvula de ligação.

4. Subida do forno.

5. Aplicação de vácuo na câmara que contém a moldação.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos

Fundição por “Cera Perdida” contra gravidade

• Melhor qualidade metalúrgica e maior sanidade das peças vazadas

• Obtenção de peças de paredes mais finas e de maior precisão

• Dimensões e pesos das peças podem estar condicionados às dimensões e à resistência das câmaras seladas dos equipamentos

• Melhores acabamentos superficiais

• Mais dispendioso

Vantagens e DesvantagensVantagens e Desvantagens Ex: AplicaçõesEx: Aplicações

Processo CLA

Indústria automobilística:

• partes de transmissão mecânica

• câmaras de pré-combustão para diesel

• sistemas de direcção

Indústrias aeronaútica e aeroespacial:

• asas de mísseis, câmaras de bombas, peças estruturais.

Processo CLV

mais utilizado para o processamento de super-ligas: câmaras de combustão, pás de turbinas de motores a jacto, suportes de reactores,....

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Vantagens Vantagens DesvantagensDesvantagens

Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica

Moldações permanentes/Moldações em areiaMoldações permanentes/Moldações em areia

Maior velocidade de produção.Economia de espaçona oficina e de mão-

de-obra.Oficinas mais limpas.Maior rigor dimensional.Menor rugosidade das peças obtidas.Peças mais bem definidas (arestas vivas).Peças com melhor qualidade e

uniformidade.Economia no metal vazado.Peças não sujeitas a defeitos característicos

da areia: cascão, inclusões de areia, etc.

Maior custo inicial da moldação (prod. série)Maior custo de equipamento (fundição

injectada)Tempo anterior ao início de produção das

primeiras peças muito grande (produção moldações metálicas)Só utilizável para ligas de baixo ponto de

fusão.Peso e dimensões das peças limitados

(fundição injectada e de centrifugação)

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações destrutíveisProcessos de fundição com moldações destrutíveis

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Classificação quanto ao processo de enchimento

Variantes

• Fundição por gravidade

• Fundição por pressão

Peso do metal vazado e coluna líquida

Por centrifugaçãoSob pressão (Fundição injectada)

Ligas que se podem vazarLigas que se podem vazar

Baixo ponto de fusão.Boa fluidez.Não ataque químico(moldação/máquina de injectar).

Não dissolva gases (ou não os liberte durante o arrefecimento).Não sejam frágeis a altas temperaturas.Coeficiente de contração baixo.Intervalo de solidificação pequeno.

simultaneamente

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Parâmetros gerais do processo

Tmin<Temperatura de vazamento<Tmax

Composição do metalEspessura das paredesTamanho e peso da peçaModo de arrefecer o moldeRevestimento do moldeSistema de gitagem

∆T=f(...)Canais e folgas de ajuste para saída de ar e dos gases na moldação.

Respiração da moldação

Global

Local

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Enxertos

Parâmetros gerais do processo

Enxertos:Perno roscado; Casquilho roscado; Tubo

Ejectores

Conjunto de pinos ejectores accionados pela placa ejectora

Obtenção local de propriedades diferentes das do material injectado

Operam após abertura das moldações e retirada de machos.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Projecto das moldações

Parâmetros gerais do processo

Diagrama “P-Q2 característico de uma máquina de injecção

Força de fecho

Fmax=Pmax*Aproj

Pressão de injecção

Zn - 100 a 300 bar Al -800 a 1200 barMg -700 a 1000 barCu -800 a 1200 bar

Velocidade de injecção

40m/s<v<60 m/s

Secção dos canais de gitagem Gitos de enchimento para vazamento por fundição injectada.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Macho das moldações

Parâmetros gerais do processo

PermanentesPermanentes – formas simples

FixosPerpendiculares ao plano de apartação.Formas geométricas com ângulos saída fáceis.

Amovíveis – ligados à peça mas não constituem uma única peçaMóveis – podem ser extraídos com movimentos de rot. e/ou trans.

Destrutíveis/SemiDestrutíveis/Semi--permanentepermanente – formas complexasAreia aglomerada Material cerâmico

TipoTipo

Ferro fundidoAçoAreiaMateriais cerâmicos

MaterialMaterial

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Temperatura do molde

Parâmetros gerais do processo

Variáveis que determinam a temperaturaVariáveis que determinam a temperatura

Temperatura de vazamento – Quanto mais elevada for a temperatura de vazamento mais alta é a temperatura do molde.Frequência dos ciclos – Quanto mais rápido for o ciclo de operação, mais quente estará omolde.Peso da peça fundida – A temperatura do molde aumenta à medida que o peso de metal fundido aumenta.Forma da peça –Secções espessas isoladas, machos com cavidades e quinas vivas não só aumentam a temperatura do molde na globalidade, como conduzem a gradientes térmicos não desejados.Espessura da parede da peça – A temperatura do molde aumenta à medida que a espessura da parede da peça aumenta.Espessura da parede do molde – A temperatura do molde diminui à medida que a espessura da parede do molde aumenta.Espessura do revestimento do molde – A temperatura do molde diminui à medida que a espessura do revestimento aumenta.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Vida do molde

Parâmetros gerais do processo

Principais factoresPrincipais factores

Temperatura de vazamentoPeso da peça Forma da peça Métodos de arrefecimentoCiclos de aquecimentoPré-aquecimento do moldeRevestimento do molde

Materiais para os moldesArmazenamentoLimpezaGitagemModo de operação dos moldesFinalidade da peça fundidaInfluência do desenho do molde

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica

Fundição sob pressão de centrifugaçãoFundição sob pressão de centrifugação

Fundição sob pressão propriamente dita

Fundição semi-centrifuga

Fundição sob pressão devida à centrifugação

A forma da superfície da peça deriva da própria centrifugação, sendo portanto cilíndrica e de espessura determinada pela quantidade de metal vazado.

A forma da peça é dada essencialmente pela moldação. A centrifugação destina-se apenas a assegurar uma pressão maior do que a devida à altura da coluna líquida estática .

Distingue-se essencialmente dos outros dois por o eixo de rotação ser exterior à peça.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica

Fundição sob pressão propriamente ditaFundição sob pressão propriamente dita

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição semiFundição semi--centrifugacentrifuga

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– Fundição sob pressão de centrifugaçãoFundição sob pressão de centrifugação

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão

Fundição sob pressão de injecçãoFundição sob pressão de injecção

Máquinas de injecção de câmara quente

Máquinas de injecção de câmara fria

O forno de mantimento em fusão está acoplado à base da máquina. O dispositivo de injecção, o pescoço de cisne e o bico injector estão solidários com o prato fixo da máquina. A base do pescoço de cisne está permanentemente imerso no metal líquido.

O forno de mantimento em fusão está separado da máquina de injecção. O dispositivo de injecção consiste num contentor com uma abertura superior dentro do qual circula um êmbolo que injecta o metal líquido dentro da cavidade da moldação metálica.O conjunto contentor pistão só se encontra em contacto com o metal vazado durante breves instantes.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão

Fundição sob pressão de injecçãoFundição sob pressão de injecção

Máquinas de injecção de câmara quente Máquinas de injecção de câmara fria

Ligas metálicas “brancas” de chumbo-EstanhoLigas à base de ZincoLigas à base de Magnésio

LigasLigas LigasLigas

Ligas à base de AlumínioLigas à base de MagnésioLigas à base de Cobre

Máquinas de injecção

Permitir movimentos de abertura e fecho da moldação móvel ou de ambas.Garantir o rigor da montagem das moldações e a segurança do processo.Conter dispositivos de injecção e regulação da quantidade adequada de metal líquido a injectar.Não deve ser atacada pela liga.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão

Capacidades

Gama de ligas injectadas - Câmara quente: Ligas à base de Zinco; Câmara fria: Ligas à base de Alumínio; Ligas de Cobre e Ligas à base de magnésio (crescente)Gama de dimensões e pesos – Pequenos; Crescente para as ligas de Al (Indústria automóvel)Volume de produção e tempo - Grandes quantidades (compensar preço e tempo) Número de injecções varia entre 1/seg e 15/horaCapacidade de fazer secções finas - Ligas de Zn: 0,5 mm; Ligas de Al:0,8 mm; Ligas de Cu:1,5 mm.Réplica de detalhes – Muito elevada.Acabamento superficial – Melhor para as ligas vazadas a baixas temperaturas; Rugosidade ∈[0,4..3,2]µmFuros obtidos por fundição – Com machos metálicos ≅±0,015 mm.Precisão dimensional –Ligas de Zn: L<25 mm , ± 0,08 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,025 mm/25 mmLigas de Al: L<25 mm , ± 0,10 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,038 mm/25 mmLigas de Zn: L<25 mm , ± 0,18 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,050 mm/25 mm

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão

Exemplo de peças produzidas

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

O metal líquido é vazado por pressão gravítica num molde metálico, constituído por duas ou mais partes, o qual é usado repetidamente para a produção de peças com a mesma forma.

Fundição por gravidadeFundição por gravidade

Manipulação das Moldações

Dispositivos manuais

Dispositivos semi-automáticos

Dispositivos para fundição horizontal e inclinada

Mesas giratórias

Abertura/fecho por rotação

Abertura/fecho por translação

Vazamento do metal

Abertura do molde

Remoção da peça

Fundição por gravidade com dispositivos manuais

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição por gravidadeFundição por gravidade

Dispositivos para fundição horizontal e inclinada Dispositivos para fundição horizontal e inclinada -- ExemploExemplo

Produção de machos em areia aglomerada.

Posicionamento dos machos no molde.

Vazamento do metal, por gravidade, com mecanismo de inclinar.

Posição final do molde.

Extracção da peça vazada.Limpeza,operações de acabamento, controlo dimensional e metalográfico.

Limpeza dos moldes

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição por gravidadeFundição por gravidade

Ligas de Alumínio Ligas de Magnésio Ligas de CobreFerro fundido cinzento (hipereutéctico)

Metais vazados

Bloco de um motor de 354 kg, num molde permanente de 4 secções, com plano vertical de apartação

Carcaça de 8 kg para unidade de potência de emergência c/ liga AZ91C num molde semi-permanente

Peças com peso inferior a 10 kg

Peças com pesos inferiores a 15 kg.

Tipo de peças vazadasLimitações

Elevados volumes de produção Espessura uniforme de paredeNúmero limitado de recortes e machos Acabamento superficial > fundição areia

Nem todas as ligas são apropriadasElevado custo das ferramentas � grandes sériesAlgumas formas não podem ser feitasNecessários revestimentos para proteger molde

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição por gravidadeFundição por gravidade

Exemplo de peças produzidas

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição sob baixa pressão Fundição sob baixa pressão

Posição inicial Fecho da coquilha

Enchimento do molde

Solidificação

Abertura da coquilha

Injecção da peça

Representação esquemática das etapas do processo

Vazamento sob baixa pressão

☯ Temperaturas mais baixas*

☯ peças vazadas com propriedades mecânicas superiores*

(*) - em relação à fundição por gravidade

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição sob baixa pressãoFundição sob baixa pressão

Exemplos de peças produzidasExemplos de peças produzidas

Peças vazadas de grão fino, pequenas dendrites e propriedades mecânicas superiores ao vazamento por gravidade

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição sob vácuoFundição sob vácuo

Similar ao de baixa pressão, excepto que o vácuo é criado na cavidade do molde e o metal é puxado em vez de ser empurrado.

☯ utilizado quando é necessária uma alta cadência de produção ( moldes com Tbaixas );

☯ processo automatizado: produção de grandes quantidades de peças com elevada qualidade a preço competitivo;

☯ peças com excelentes propriedades mecânicas

☯ peças de pequena dimensão;

☯ projecto do molde com alguma complexidade de modo a assegurar um grau de vácuo adequado.

Vantagens/desvantagens:

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Fundição sob vácuoFundição sob vácuo

Exemplos de peças produzidasExemplos de peças produzidas

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Parâmetros que influenciam o acabamento superficial

Superfície da cavidade do molde - Todas as imperfeições da cavidade são reflectidas na peça.

Revestimento do molde – Espessura excessiva do revestimento, ou revestimento desigual degrada a superfície da peça.

Desenho e tamanho dos gitos – Influênciam a taxa e a suavidade do fluxo de metal fundido.

Ventilação – Assegura o completo enchimento da cavidade do molde com o metal vazado.

Temperatura do molde – Tem de ser a correcta para o trabalho e razoavelmente uniforme.

Desenho da peça – Variações severas de secção, complexidade, necessidade de mudança de direcção de fluxo de metal e áreas grandes e planas afectam negativamente o acabamento superficial da peça.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica

Capacidades do processo de vazamento

Gama de ligas vazadas - Ligas de Al, Cu, Mg, Zn e ferro ligado.Pesos das peças vazadas - Ligas Al ≤ 70 Kg

Ligas Mg ≤ 25 KgFerro ligado ≤ 15 KgLigas Cu ≤ 10 Kg

Volume de produção e tempo construção das moldações –

�Moldações fundidas (por vazamento) de ferro fundido. �Moldações obtidas por corte por arranque de apara. t�<t�<t��Moldações em areia � Séries médias (500 a 5000)

Capacidade de fazer secções finas - 5 mm é um mínimo aceitável.Réplica de detalhes – Não muito boa quando comparada com a obtida com moldações cerâmicas.Acabamento superficial – Depende essencialmente do metal a ser vazado, entre 3µm e 6 µm.Furos obtidos por fundição – Com machos metálicos ≅ 6.5 mmPrecisão dimensional – tol = ± 0.25 mm (afastada da zona de apartação); dimensões mais críticas deverão ser obtidas por maquinagem.

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

Processo de fabrico de lingotes e barras perfiladas.

Pode ser feita na horizontal ou na vertical ( mais comum).

� Vazamento do metal líquido no dispositivo de fundição;

� Escoamento do metal por um tanque distribuidor ( “tundish”) para o molde de fundição;

� Vazamento num molde de bronze arrefecido a água;

� Retirada contínua do fundido do molde metálico;

� Remoção do calor adicional para solidificar o interior líquido do fundido através de um chuveiro de água;

� Corte em comprimento e remoção das secções do fundido.

Tundish

Molde de Fundição

Roletes

Sistema de corte

Fundição contínua vertical

Sequência de operações:

Metal

solidificado

Molde de bronzerefrigerado

Metal líquido

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

1.Metal líquido2.Bica de enchimento3.Forno de Alimentação4.Bico refractário5.Roletes de apoio6.Painel de comando7.Unidade de tracção8.Unidade de corte9.Unidade de quebra10.Barra cortada11.Entrada e saída de água12.Resfriador13.Barra fundida

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

Outros processos de fundição contínuaOutros processos de fundição contínua

Fundição de arrefecimento directo (processo principal para metais leves)

Fundição Propezi

Fundição Southwire (recentemente aplicado na produção de barra de aço)

Fundição Hazelett

Fundição

de metais não

fer

roso

s

( Alumínio e cob

re)

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos

Vantagens

• Maior Produtividade

• Uniformidade do produto

• Menor consumo energético

• Redução de mão-de-obra

• Melhor qualidade do produto

Tecnologias de Produção ------------------------------------------

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Processo de vazamento “Griffin” Processo de vazamento “Griffin”

Processo de fundição em moldes, maquinados, de grafite. O enchimento do molde é conseguido por pressurização de ar numa câmara.

Metal fundido

Válvula de

bloqueio

Câmara pressurizada

Tuborefractário

de vazamento

� Produção da moldação.� Pintura da moldação. � Colocação da caixa de moldação sobre caixa de pressurização.� Pressurização da câmara para enchimento da moldação.� Fecho da válvula de bloqueio.� Despressurização da câmara.� Retirada da caixa de moldação para posterior arrefecimento.

Etapas do processoEtapas do processo

Silicato de EtiloSílica coloidal

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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes

Processo de vazamento “Griffin” Processo de vazamento “Griffin”

Vantagens

Processo altamente automatizado.Excelente acabamento das peças (menor possibilidade de entrarem impurezas).Processo utilizado para produzir peças ferrosas de peso superior aos 400 kg.Produção de peças com tolerâncias mais apertadas do que as obtidas com

moldações em areia.Obtenção de peças com elevada resistência ao desgaste.

Desvantagens

Desvaste inaceitável no molde quando o vazamento é sob gravidade (Grafite sobre erosão)

� Câmara pressurizadaRodas para comboios

Exemplo de peças obtidas por este processo

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Análise de defeitos de FundiçãoAnálise de defeitos de Fundição

Classificação dos defeitos de fundição de acordo com o Comité Internacional das associações técnicas de fundição:

Classe

A- Excrescências Metálicas

B- Cavidades

C- Soluções de continuidade

D- Defeitos de superfície

E- Formas incompletas/mal cheias

F- Dimensões ou formas incorrectas

G- Inclusões metálicas ou anomalias estruturais

Grupo

Rebarbas, fendas no molde, macho deslocado ou partido

Poros, novelos, rechupes

Fracturas a quente, fracturas a frio, fendas (rachadelas),

mal ligado

Rugosidade

Enchimento incompleto ou interrompido, saída de metal para fora do molde

Empenos, dimensões incorrectas,desencontros

Inclusões metálicas e não metálicas

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Análise de defeitos de FundiçãoAnálise de defeitos de Fundição

Sistematização do estudo da situação com o objectivo de facilitar o diagnóstico:

1º) Descrever correcta e completamente o problema surgido nas peças em causa.

2º) Verificar se a descrição anterior inclui todos os factos importantes relacionados com os defeitos através de perguntas sobre os mesmos:

Onde aparecem?

Porque aparecem?

Deficiências do traçado das peças? e/ou

Deficiências dos processos e técnicas? e/ou

Deficiências da aplicação desses processos e técnicas?

Quando, como e quantas vezes aparecem?

3º) Ensaiar solução correctiva

4º) Actuar no caso de diagnóstico correcto

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.1- Peça com macho partido durante o vazamento

Defeito: Macho Partido ou Deslocado

Causas:

• Colocação deficiente do macho

• Mau dimensionamento do macho

• Movimentação do macho após fecho da coquilha

• Areia mal preparada

• Rebarbagem elevada

Correcções:

• Colocação correcta do macho

• Dimensionamento e localização correcta dos impressos do macho

• Verificar % de resina, catalisador e conservante

• Verificar rebarbagem

• Verificar dimensões do macho e cavidade

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.2- Peça mal ligada

Defeito: Mal ligado

Causas:• Vazamento interrompido

• Temperatura baixa

• Sistema de gitagem desiquilibrado

• Temperatura de coquilha demasiado baixa

• Solidificação prematura

• Película de alumina interposta no metal

• Respiros insuficientes

Correcções:• Assegurar vazamento contínuo

• Elevar temperatura de vazamento

• Aumentar velocidade de enchimento

• Modificar sistema de gitagem

• Menor arrefecimento da coquilha

• Pintar a zona do defeito com um produto mais concentrado

• Verificar dimensionamento dos respiros

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.3- Peça com rugosidade ( gitagem incorrecta )

Defeito: Rugosidade

Causas:• Sistema de gitagem

• Reacção metal/molde, promovida por T ↑

• Desagregação da areia dos machos

• Enchimento turbulento

• Falta de pintura no macho

• Verificar pintura da coquilha

Correcções:• Rever localização, forma, secção e nº de ataques

• Diminuir temperatura de vazamento

• Colocação cuidada do macho e fecho da coquilha evitando desagregação de areias

• Encher com o mínimo de turbulência

• Alterar sistema de vazamento

• Pintar machos nas zonas afectadas ( rug. interior)

• Implementar pintura mais espessa na coquilha

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.4- Peça com mau enchimento ( deficiente alimentação )

Defeito: Mau enchimento

Causas:• Vazamento a T ↓

• Sist. gitagem mal concebido/dimens.

• Respiros insuficientes

• Ataques muito finos

• Coquilha demasiado fria

• Pintura muito fina

• Composição errónea da liga

• Vazamento muito lento

• Espessura da peça muito fina

Correcções:• Elevar temperatura de vazamento

• Modificar ou dimensionar o sistema de gitagem

• Aumentar o nº de respiros, ataques ou a sua secção

• Prolongar duração de solidificação com um metal ou uma coquilha mais quente

• Pintura mais espessa

• Composição apropriada da liga

• Implementar pintura mais espessa na coquilha

•Aumentar velocidade de vazamento

•Rever traçado da peça

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 5- Peça com rechupe

Defeito: Rechupe

Correcções:• Melhoria do traçado da peça eliminando massas isoladas

• Promover solidificação dirigida

• Modificar sistema de alimentação

• Vazar à temperatura mais baixa possível

• Verificar pintura da coquilha

• Pintar machos na zona do defeito

• Aumentar respiros

• Verificar composição da liga

Causas:• Massas isoladas

• Mau traçado da peça

• Contracção na solidificação

• Temperatura elevada

• Pressão gasosa

• Películas de alumina na alimentação da peça

•Má repartição da pintura

• Composição da liga

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.6- Peça com poros

Defeito: Poros/Novelos

Correcções:

• Rectificar sist. gitagem para ↓ turbulência

• Aumentar nº ou dimensão dos respiros localizando-os correctamente

• Controlar humidade

• Desgaseificar correctamente metal líquido

• Proteger metal líq. de gases contaminantes

• Secar as colheres de vazamento

• Verificar humidade do revest. do forno

Causas:

• Arrastamento de ar no vazamento, por turbulência

• Respiros insuficientes e/ou ↓ permeab. dos machos

• Reacção metal/molde ou metal/macho

• Presença de humidade nas pinturas ou machos

• Teor em gases dissolvidos no metal líquido muito elevado

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.7- Peça com excesso de grafite

Defeito: Inclusões de Grafite

Correcções:• Preparar novo banho

• Utilizar somente água destilada

• Diluir o banho com água destilada

• Decapar completamente a coquilha

• Quando efectuar a pintura verificar se a coquilha tem uma T≅ 125 ºC ( máx. 150 º C )

• Periodicamente limpar as tinas de aglomerantes de grafite em pasta

• Mexer frequentemente o banho

Causas:

• Emprego de um banho de pintura muito “ velho “

• Depósito de pintura depois de cada arrefecimento demasiado espesso - banho demasiado concentrado

• Sujidade da peça devido a óxido de zinco

• Banho mal diluído

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig.8- Peça com rachadelas ( choque térmico )

Defeito: Rachadelas

Correcções:

• Pintura mais espessa da coquilha

• Rever traçado da peça

• Baixar temp. vazamento

• Verificar adições de refinador de grão

• Verificar T coquilha ( ≅ 125 ºC - máx 150 ºC )

• Teor de estanho entre 0,2 a 0,6% ( promotor de fragilidade intergranular )

• Facilitar contracção da peça

• Desmoldar o mais tarde possível após vazamento

Causas:• Choque térmico

• Peças mal concebidas

• Temp. de vazam. demasiado alta

• Teor em Zn ↑ e refinador de baixo ↓

• Temp. coquilha não homogénea

•Verificar teores de eltos residuais ( Sn)

•Contracção dificultada

•Desmodagem rápida da peça

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 9- Peça com rebarbas ( empeno da coquilha )

Defeito: Rebarbas

Correcções:

• Controlar dimensionalmente os machos

• Ajustar coquilha e macho

• Aumentar espessura das paredes da coquilha de forma a reduzir os empenos

Causas:

• Folga entre as duas partes da coquilha ou entre a coquilha e macho

• Empeno da coquilha

• Deformação da superfície de apartação

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 10 - Peça com rachadela a quente ( não refinamento de grão)

Defeito: Fracturas a Quente ( Superfície de fractura oxidada)

Correcções:

• Escolha adequada da composição da liga

• Adicionar refinador de grão

• Melhoria do traçado da peça

•Correcção de sistema de gitagem de vazamento e alimentação

•Baixar temp. de vazamento ( se possível )

•usar machos de mais fácil desagregação

•Desmoldar mais tardiamente a peça

Causas:• Composição química do metal

•Tamanho de grão não refinado

•Traçado incorrecto da peça

•Sistema de gitagem de vazamamento e alimentação incorrecto

•Temp. de vazamamento muito↑

•Molde rígido

•Desmoldação prematura

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 11 - Peça com caudas de cometa ( presença de óxido de ferro)

Defeito: Inclusões Metálicas Caudas de cometa

Correcções:

• Ensaio rápido de polimento sobre uma amostra aleatória dos lingotes de cada lote

• Após polimento aplicar um papel de filtro impregnado numa solução própria que ao aderir à superfície da peça ( ≅ 5 -15 min ) acusará ou não a presença de óxidos de ferro

Causas:• Presença de ferro oxidado

•Existência de pontos duros durante o polimento

•Fabrico da liga incorrecta

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 12 - Peça refervida ( coquilha húmida )

Defeito: Refervido

Correcções:

• Baixar temperatura quanto possível

• Deixar secar pintura dos machos

•evitar colocar machos em ambientes húmidos

•Eliminar humidade da coquilha

Causas:

• Temperatura de vazamento demasiado alta

• Machos húmidos ( pintura fresca )

• Coquilha húmida

•Humidade ambiente

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fig. 13 - Peça com inclusões de areia ( má compactação dos machos)

Defeito: Inclusões de areia

Correcções:

• Melhorar condições de confecção de machos

•Corrigir sist. de gitagem de vazam. e alimentação evitando curvas apertadas, arestas, mudanças bruscas de direcção ou projecções de metal contra as paredes do macho

•Pintar macho na zona afectada

•controlar temperatura de cozimento

•Incluir respiros de gases nas caixas de machos

Causas:

• Desprendimento da areia de machos

• Escoamento turbulento do fluxo de metal

• Machos mal cozidos

• Ausência de respiros nas caixas de machos

Peça com machos bem compactados

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fracturas a Frio ( superfície de fractura não oxidada)

Correcções:

• Cuidados acrescidos na desmoldagem e no corte dos gitos

• Tratamento térmico de estabilização

Causas:

• Choques nas operações posteriores ao arrefecimento

•Tensões internas

Inclusões de óxidos

Correcções:

• Se teor de Al correcto adicionar 10 g de Mg para 100 Kg de liga

• Baixar temperatura de vazamento

•Limpeza eficiente das coquilhas e colheres

Causas:

• Teor de Al e/ou Mg insuficiente

•Temp. de vazamento demasiado alta

•Limpeza insuficiente da coquilha ou colheres

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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade

Fendas de rechupe

Correcções:

• Vazar a temperatura mais baixa

•Alimentar eficientemente a peça

•Actuar sobre a composição da liga

•Baixar teor de impurezas ( Sn e Fe )

Causas:

• Contracção no estado líquido

•Cristalização bruscamente interrompida por falta de liga líquida

Empenos

Correcções:

• Aumentar espessura da parede da coquilha

• Vazar à mais baixa temperatura possível

•Sistema de fecho mais eficiente

•Utilizar material com melhor comportamento térmico para o fabrico das coquilhas

Causas:

• Distribuição desigual de calor na coquilha

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