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Fundicao DIDATICO

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FUNDIO:Mercado, Processos e Metalurgia

Gloria de Almeida Soares

ABRIL DE 2000

DADOS DA AUTORA

Professora Adjunta da Escola de Engenharia e da COPPE leciona a disciplina de Fundio desde 1981, quando foi contratada. Foi tambm Professora Conferencista dessa disciplina no Instituto Militar de Engenharia em 1983. Obteve seu ttulo de D.Sc. em 1990 com tese que versava sobre Aos Fundidos para a Indstria Petroqumica. Possui mais de 60 trabalhos publicados e na rea didtica acumula experincia de ensino como professora de 1o e 3o grau e como Coordenadora do Curso de Engenharia Metalrgica e de Materiais da EE, por mais de 4 anos.

Aos que me garantem energia para viver e lutar: Cludio, Bruno, Viviane e Ana Clara. Aos meus alunos

PREFCIO

Qual o propsito deste caderno didtico? Como responsvel pela disciplina de Fundio desde 1981, me deparei com a falta de bibliografia adequada. Existem bons livros em outras lnguas, abordando, entretanto, outras realidades. Existem boas publicaes a nvel nacional, porm normalmente restritas a assuntos especficos. Ao longo desses anos fui sentindo cada vez mais a necessidade de encontrar alguma publicao que preenchesse essa lacuna: dar uma viso geral do que a fundio, seu mercado e a base da sua tecnologia, sem entrar pelos inmeros detalhes tcnicos que se tornam, tempo, obsoletos. No me considero especialista no em pouqussimo tema, mas o

acompanhamento dos alunos a visitas tcnicas, a participao em congressos e a leitura de revistas especializadas me deu uma certa vivncia do que hoje o mercado de fundio no Brasil e como ele se confronta com os demais processos de fabricao. Assim, sem pretender que este caderno didtico seja definitivo e completo, me atrevi a passar para o papel um pouco do que eu li e vivi, acreditando que este trabalho possa ajudar aos alunos - metalrgicos ou no - a vencer de forma mais tranqila e agradvel esse tema. Dos eventuais leitores - alunos ou profissionais - espero contribuies no sentido de corrigir e aperfeioar este trabalho.

a autora

NDICE

CAPTULO I

INTRODUO I.1 - BASE DOS PROCESSOS I.2 - ORGANIZAO DA FUNDIO I.3 - PARQUE BRASILEIRO

01 01 02 03

CAPTULO II 07

FUNDIO EM AREIA II.1 - INTRODUO II.2 - MODELAO II.3 - AREIAS DE MOLDAGEM II.4 - PROCESSOS DE FUNDIO EM AREIA 29 II.5 - MECANIZAO

07

07 16 33 38

CAPTULO III 39

OUTROS PROCESSOS III.1 - FUNDIO DE PRECISO III.2 - CENTRIFUGAO III.3 - FUNDIO SOB PRESSO

42 44

42 III.4 - PROCESSOS HBRIDOS III.5 - CRITRIOS PARA ESCOLHA DO PROCESSO 46 CAPTULO IV TCNICAS DE FUSO IV.1 - FORNOS IV.2 - ROTINAS DE FUSO CAPTULO V SOLIDIFICAO E ALIMENTAO DE PEAS V.1 - SOLIDIFICAO IV.2 - TRANSFERNCIA DE CALOR 81 48 48 62 77 77

87 100

IV.3 - SISTEMA DE MASSALOTES IV.4 - SISTEMA DE CANAIS

CAPTULO V

ACABAMENTO E CONTROLE DE QUALIDADE V.1 - ACABAMENTO E INSPEO V.2 - DEFEITOS V.3 - PROJETO

108 108 111 115 118

CAPTULO VI

BIBLIOGRAFIA

Fundio: Mercado, Processos e Metalurgia

I - INTRODUO"A fundio no encontra paralelo com outros processos de conformao pelo fato d e q u e , e m mu i t o s c a s o s , o m t o d o ma i s s i m p l e s e e c o n m i c o e , e m o u t r o s , o n i c o m t o d o t e c n i c a me n t e v i v e l d e s e o b t e r u m a d e t e r mi n a d a f o r ma s l i d a " ( V . K o n d i k )

Dentre os processos de fabricao, a fundio se destaca por permitir a produo de peas com grande variedade de formas e tamanhos (ex.: sinos, ncoras, tubulaes, implantes ortopdicos, bloco de motor, miniaturas); peas de extrema responsabilidade como as que se destinam industria aeronutica e aeroespacial (palhetas de turbina, por exemplo) e peas banais (bueiros, bancos de jardim). A produo pode ser unitria (jias, implantes e peas artsticas) ou seriada, voltada principalmente para as indstrias mecnica e automobilstica. lgico que toda essa variedade obtida no com um nico processo e sim escolhendo-se - dentre os processos disponveis - o que melhor se adapta s exigncias do cliente e produz o lote encomendado com o mnimo custo dentro do prazo estipulado.

I.1 - BASE DOS PROCESSOSO metal lquido vazado num molde, cuja cavidade corresponde ao negativo da pea que se deseja obter. Para se construir um molde em areia necessrio primeiramente se fabricar o modelo (adaptao do desenho da pea) e os machos, caso existam furos ou partes ocas. Numa primeira abordagem podemos dizer que o modelo fabricado em madeira e o molde e o macho em areia. Dessa forma, a partir de um modelo podemos fabricar n moldes, cada molde dando origem a uma Paralelamente fabricao do molde, o metal vazamento e solidificao, pea fundida. convenientemente fundido. Aps

a pea retirada do molde, com forma prxima final

precisando apenas passar pelas etapas de acabamento: corte de canais; rebarbao;

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Fundio: Mercado, Processos e Metalurgia

usinagem; tratamento trmico e soldagem (opcionais); controle de qualidade final e expedio. Mais a frente sero mencionados outros tipos de modelos e de moldes. A Figura I.1, abaixo, esquematiza as etapas de fabricao de um molde em areia.

Figura I.1 - Etapas para Produo Manual de um Molde em Areia. Fonte: Solidificao e Fundio de Metais e suas Ligas

I.2 - ORGANIZAO DA FUNDIONormalmente a fundio se organiza em torno da moldao, pois nesta seo que se define a quantidade de metal a fundir; machos a produzir, etc. Entretanto, quando a fundio est trabalhando bem abaixo da sua capacidade instalada o centro organizador da mesma se desloca da moldao para a seo de fuso. Este procedimento permite economizar energia, atravs da concentrao da fuso da carga metlica em deter-

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Fundio: Mercado, Processos e Metalurgia

minados dias da semana, minimizando assim o custo das peas fundidas, alm de aumentar a vida dos refratrios. Neste esquema de produo, a fabricao de moldes e machos feita de forma a atender ao planejamento das sees de fuso e vazamento.

I.3 - PARQUE BRASILEIRONa dcada de 70 a produo brasileira de peas fundidas correspondia a, aproximadamente, 10% da produo brasileira de ao bruto. Entretanto diversas crises, em especial a crise do petrleo, despencou do patamar histrico atingiram em cheio a indstria de fundio que de 1,7-1,8 milhes de toneladas/ano para

aproximadamente 1 milho em 1983, auge da crise no Brasil. A partir de ento houve uma sucesso de retomadas e crises - como mostra o grfico da Figura I.2 - fruto da instabilidade poltica por que tem passado o Brasil. Somente em 1994 a produoExcludo: 1997 Excludo: de 1.658

retomou os valores obtidos em 80 e 86 e o ano de 1999 acabou fechando com uma produo inferior a 1600 mil ton. de peas acabadas, que corresponde a cerca de 6,3% da produo de ao bruto. Ainda assim, a participao brasileira a nvel mundial tem crescido, com o Brasil ocupando atualmente o 8o lugar, atrs de EUA, CIS, China, Japo, Alemanha, ndia e Frana. A tendncia internacional de transferir a produo de fundidos para pases do terceiro mundo, devido ao, relativamente baixo, custo da mo-de-obra e s regras - menos severas - de controle ambiental vigentes nestes pases. Com isto o produtor brasileiro tem investido pesadamente na exportao, que no ltimo ano ultrapassou as 300 mil toneladas e vem representando um grande incentivo melhoria da qualidade de processos e produtos.

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Fundio: Mercado, Processos e Metalurgia

Excludo: 2000

PRODUO ANUAL (mil ton.)

1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

ANO

Figura I.2 - Produo Anual de Peas Fundidas Fonte: Associao Brasileira de Fundio - ABIFA

Com a perspectiva de crescimento das indstrias automobilstica / ferroviria e a recuperao dos setores naval e petroqumico, projetou-se - com excesso de otimismo para o ano 2001 uma demanda de mais de 2,8 milhes de ton. de peas acabadas, o que ultrapassa a capacidade instalada atual que de 2 milhes de ton./ano. Para cobrir esse dficit o setor precisaria de investimentos da ordem de US$ 1.00 / ton. o que geraria cerca de 30.000 novos empregos diretos. A produtividade do setor - que cresceu de 20 ton. / homem.ano na dcada de 80 para 35,3 em 1996 e 37,5 em 1997 - est se aproximando dos padres americanos e japoneses que apresentam produtividade anual superior a 40 ton. por empregado. Em termos de metal mais produzido, o ferro fundido disparado o primeiro lugar, respondendo por cerca de 86% do total de peas fundidas, seguido pelos no-ferrosos (8,7%) e o ao fundido (5,3%). O setor que mais consome fundidos o automobilstico / autopeas, absorvendo praticamente 50% do mercado, seguido do siderrgico e o de bens de capital com ! 15% cada. Assim a ampliao do parque de fundies a nvel interno depende substancialmente do reaquecimento da industria automotiva no pas.Excludo: projeta-se

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Fundio: Mercado, Processos e Metalurgia

Estima-se a existncia de 1000 empresas instaladas no pas, embora somente 278 sejam filiadas ABIFA. Isto significa que ao lado de importantes e conceituadas empresas, convive um grande nmero de fundies de fundo de quintal com, geralmente, administrao familiar e grandes problemas tecnolgicos. Com o incentivo cada vez maior s exportaes s resta dois caminhos para essas empresas: o profissionalismo ou a falncia. A Tabela I.1 resume alguns dados desse cadastramento, classificando as fundies por setor de atuao e capacidade instalada.

TABELA I.1 - RESUMO DO PARQUE BRASILEIRO (1997)CAP. INSTALADA (ton./ano) at 600 de 601 a 1.200 de1.201 a 6.000 de 6.001 a 12.000 de 12.001 a 24.000 de 24.000 a 36.000 de 36.001 a 48.000 de 48.001 a 60.000 acima de 60.000 TOTAL FERROSOS 14 25 41 7 17 2 (TECUMSEH e DZ S.A.) --5 (TUPY; GEN. MOTORS; C