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MODELO, MOLDES, MACHOS, MATERIAIS e MODELO, MOLDES, MACHOS, MATERIAIS e EQUIPAMENTOS NA FUNDIEQUIPAMENTOS NA FUNDIÇÇÃOÃO
FUNDIÇÃO
FLUXOGRAMA SIMPLIFICADO DAS ETAPAS DE PRODUÇAO DE FUNDIDOS
FUNDIFUNDIÇÇÃO ÃO –– MATERIAIS: DE MOLDES, MODELOS E MACHOSMATERIAIS: DE MOLDES, MODELOS E MACHOSINTRODUÇÃO
Etapa Importante da Fundição
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Solidificação do metal: remoção de calor do líquido, contrações do metal.
FUNDIFUNDIÇÇÃO ÃO –– MATERIAIS: DE MOLDES, MODELOS E MACHOSMATERIAIS: DE MOLDES, MODELOS E MACHOS
-A fundição é um processo de manufatura no que o metal fundido (metal líquido) flui por gravidade ou por outra força no interior de uma cavidade de molde, onde solidifica na forma da cavidade desse molde aproximando-se bastante à peça final desejada. resultando em:
-Produto acabado ou quase acabados Peças de formato mais complexo,-Semi-Produtos Peças Simples.
ConsideraConsideraçções para Uso de Materiais de Moldes e Machosões para Uso de Materiais de Moldes e Machos
INTRODUÇÃO
Propriedades físicas dos materiais usados nos moldes e machos.
Fluidez do metal líquido através dos sistemas de vazamento e dos canais de alimentação para a peça desejada.
Quantidade, qualidade e complexidade de peças a serem produzidas
Tipo de Processo de Fundição a ser utilizada, etc.
FUNDIÇÃO – Algumas Definições
O MOLDE, tem uma cavidade com forma total ou parcial da peça a ser produzida (é o negativo da peça a ser produzida), constituindo-se assim num processo denominado de “near-net-shape” que significa, que numa só etapa, a forma da peça é alcançada. Entretanto, na maioria dos casos a peça fundida sofre ainda um acabamento final que pode envolver usinagem ou esmerilamento.
MODELO: deve ser ligeiramente maior que a peça original, já que se deve levar em conta a contração tridimensional durante a solidificação do metal. Existem normas que devem ser seguidas conforme os metais ou ligas a serem fundidas, estas são disponíveis em tabelas ou ábacos.
MACHO: Constituem a cavidade interna da peça e, facilita a criação de peças ricas em pequenos detalhes internos e externos. São fabricados de areia no interior de caixas de macho, estas de madeira.
INTRODUÇÃO
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Muitas vezes, se utiliza a própria peça como modelo, porém esta passa por um processo de aumento tridimensional, geralmente com a aplicação de diversas camadas de tinta ou resina, ou papel, por exemplo para compensar o efeito da contração da peça fundida após o seu resfriamento.
FabricaFabricaçção do Modeloão do Modelo
Modelo é o nome dado normalmente à peça que servirá para imprimir no molde a forma ou negativo da peça a ser fundido.
Para confecção do modelo geralmente é utilizada madeira, plásticos como o uretano e metais como o alumínio ou o ferro fundido.
Durante a fabricação do modelo, devem ser considerados pelo projetista ou modelador, sobredimensões no modelo, acrescentadas em todas as medidas do modelo ou caixa de macho um percentual correspondente a contração e à posterior usinagem do metal em que a peça será fundida.
Na construção dos modelos, são utilizados fitas métricas corrigidas em comprimento de 1, 1.5 e 2% maiores que a medida correta.
A modelação é exclusivamente individual e manual realizada em uma oficina de modelos por um modelador. Atualmente, é aperfeiçoada pelo emprego de maquinas e tecnologias modernas, que tem influencia direta na redução do tempo.
O modelador é um profissional com conhecimentos em carpintaria e marcenaria, ou com conhecimentos na usinagem de prototipagem, porém, ambos familiarizados com problemas que enfrenta o fundidor emmatéria de vazamento, contrações, conicidades, saídas, etc., Assim como deve ser amplio conhecedor na construção de caixa de machos (núcleos).
O modelador deve ter um amplo conhecimento na interpretação de: planos, baseando-se em normas adotados por desenhistas e projetistas. Assim, como deve ter tato suficiente para propor reformas ao projeto da peça, devido a dificuldades que surgiram na construção dos modelos e durante a fundição.
Geralmente, desenhos perfeitos e muito estéticos são altamente custosos na construção de modelos, caixas de machos, assim como
na própria fundição.
FabricaFabricaçção do Modeloão do Modelo
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O modelo tem a mesma forma parcial ou total da peça a ser produzida. Geralmente não apresentam furos internos e levam marcas para machos. O modelo produz a cavidade interna no molde e os machos a cavidade interna na peça.
Peça SimplesCilindro Oco
Modelo Simples
Marcas para
Macho
PePeçça Modeloa ModeloUnião de
Tubulação
PlanosPlanosDesenhos Desenhos
(Por projetistas)(Por projetistas)
ModeloSimples
Placa ModeloPartido
Marcas para Macho
Marcas para Macho
Sistema de alimentação
Areia
Vazia de alimentação MOLDE
FabricaFabricaçção do Modeloão do Modelo
Tipos de Moldes em FunTipos de Moldes em Funçção do Molde Usado nos ão do Molde Usado nos Processos de FundiProcessos de Fundiçção ão
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Caixas de Macho são fabricados em madeira e servem para produzir os machos geralmente são de areia
Caixas para Macho
Caixas para Macho
Marca para Macho, M
Caixas para
Macho
Modelo
Marca para Macho, M
MoldeMacho
Marca para Macho, M
Peça Mancal Desejada Plano de Mancal desenhado por Projetista
Modelo-1Modelo-2
Caixas de Macho mais Complexas
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Confecção Inicial de um Modelo em Madeira
Medidas conferidas em modelo pintado
Materiais e Tipos de ModelosMateriais e Tipos de Modelos
Espécies mais utilizada no Brasil: cedro, nogueira.Outras espécies: imbuia, peroba, pinho, carvalho e pau-marfim.
e madeira compensada como reforço do modelo principal.
Desvantagem: deformam-se com: o tempo, a umidade e temperatura perdem a exatidão das dimensões. Devem ser protegidos com pintura especial ou goma-laca Para produção de pequenas series.
Modelos grandes, pequenos, pouco complicados e caixa de machos são fabricados de madeira nogueira e para modelos complicados usa-se carvalho que é mais resistente.
Modelos: geralmente fabricados a base de madeira, por ser econômica, fácil de trabalhar e de pouco peso.
5,4
3,8
3,5
3,2
4,5
Alumínio
1714171614Pinho
11,59,511,51110Carvalho
1191110,59,5Nogueira
108109,59Faia
1612151413Armieiro
CobreZincoBronzeLatãoFerroMadeMade./Fundido./Fundido
Peço de Uma peça Fundida por Quilo de Peso de Modelo
19-08-2009
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Para produção seriada: são usadas maquinas de modelação em materiais metálicos a base de FoFo, latão e alumínio. O mais usado é o modelo de alumínio, devido a sua leveza e usinabilidade.
Os modelos são:-De uma única peça, especialmente quando se trata de moldar e fundir peças volumosas-De duas peças, como modelos partidos (ou bi-partidos) para moldar peças complexas. Deve haver grande exatidão na posição de ambas metades do modelo, com pivôs necessários.-De duas peças montadas em placas, como modelos partidos (ou bi-partidos) para peças pequenas e produção seriada. Facilitam o uso de maquinas de moldação.
Quando se trata de produção seriada e de peças com detalhes complexas, são usados modelos perdidos (ceras) e modelos evaporáveis (espumas de vidro).
Em ambos casos, o plano de divisão deve coincidir com plano de separação molde.
Modelo em Resina
As metades do modelo se unem as placas separadas. Cada seção do molde se pode fabricar por separado.
As duas peças do molde se aderem aos lados opostos de uma placa de madeira ou do metal, os furos e pivôs de uma placa devem permitir um alinhamento preciso entre a parte superior e fundo do molde.
Resina
Modelo sólido
Modelo dividido
Modelo com placa de acoplamento
Modelo de duas placas superior e inferior
Placa de madeira ou Metal
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Cores Usados na fabricação dos Modelos
Recomendações no Projeto Para Confecção dos Modelos
Necessitam de adaptação dos detalhes técnicos*Plano de Divisão;*Ângulo de Saída;*Raios de Arredondamento;*Acréscimo de Contração e Usinagem;*Outros específicos: Marcação de macho, acabamento superficial, sistema de enchimento e Alimentação, etc.
Quando projeta-se ou confecciona-se um ferramental de fundição com certo grau de complexidade, torna-se necessário à divisão em partes.
Essa divisão deve ser o mais adequado em função da importância e das especificações da peça.
Recomenda-se que um único plano divida o modelo em seções superior e inferior.
1. Plano de Divisão dos Modelos
-Um plano de divisão inadequado poderá causar gastos desnecessários.
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-Facilitar a extração do modelo;-A quantidade de partes do modelo seja o menor possível;-Favorecer a estabilidade do macho,-Facilitar a saída de gases e sua colocação;
-Peças bastante complexas requer estudos específicos para definição do plano de divisão, sempre se referenciando ás necessidades do cliente x processo escolhido.
Caixa do molde
Areia de moldação
Saída de gases
Macho
Sistemas de alimentação
Plano de divisão
Recomenda-se:
È a inclinação das paredes do modelo no molde em função do plano de divisão.Isso, facilita a extração do modelo do molde.Ângulos de saída em 90o quebrará bolos de areia durante a extração.
-Quanto mais alta for a parede do modelo, menor deverá ser o ângulo de saída;-As paredes internas do bolo de areia no molde, devem ter ângulos com inclinações ligeiramente maior, do que os previstos para paredes externas.
2. Ângulo de Sa2. Ângulo de Saíídada
Interno
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Raios de arrdondamento são importantes nos cantos internos ou nas espessuras que formam um ângulo interno (R) na peça: -Evitam quebra de bolo durante a extração do modelo;-Evitam ressecamento e erosão da areia durante o preenchimento do metal na cavidade do molde;-Evita: formação de trincas (devido a tensões internas), evita superaquecimento e sinterização da areia nos cantos internos, que resultariam em rechupes devido à concentração de calor em pontos quentes.
3. Raios de Arredondamento3. Raios de Arredondamento::
-Cantos externos do modelo devem ser levemente arredondados, para reduzir o aparecimento de rebarbas, bastante comuns devido a pequenas batidas ao manipular o mesmo;-Evita cantos duros e quebradiços devido ao super resfriamento prejudicando a usinagem.
RE
RIGeralmente, se utiliza os valores:- Raios externos (RE) = 1 a 3 mm,- Raios internos (RI) utilizam-se 1/3 da média das medidas das espessuras que formam o ângulo.
Solução:
4. Furos nas Pe4. Furos nas PeççasasEm peças fundidas, os furos podem ser obtidos pelos seguintes métodos:
por fundição diretafundidos com acréscimo para posterior usinagem usinados com broca
Recomenda-se obter um furo por fundição com ou sem acréscimo de dimensão, nas seguintes condições :
quando a precisão dimensional exigida para a peça, o permitir; quando se procura evitar ou diminuir a operação de usinagem;quando é impossível fazer uma posterior usinagem à peça; quando se procura evitar concentração de massa.
Não é aconselhável obter um furo por fundição nas seguintes condições:
quando operações de usinagem de outras parte da peça, ficam prejudicadas;quando existem furos com distâncias muito precisas entre si (difícil obter por
fundição );quando a rebarbação de um furo obtido por fundição, for mais onerosa do
que sua usinagem; quando o diâmetro do furo, for inferior a 10 mm e sua profundidade maior que
esta medida.
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Recomendações de Margens de Usinagem (Sobremetal) para Usinagem posterior de diferentes Ligas
5. Acréscimo de ContraçãoA contração é uma diminuição de volume que as peças fundidas sofrem ao solidificar-se na cavidade do molde, e este ao sofrer o resfriamento contrai-se diminuindo o volume final da peça fundida.
No processo de fundição, esta contração se realiza em três estágios distintos:
1o- Contração do metal no estado líquido: Essa contração ocorre, a partir do momento do vazamento, até o momento em que começa a formação dos primeiros cristais, que seria o início da solidificação.
2o- Contração da solidificação: Ocorre desde o aparecimento dos primeiros cristais sólidos até a solidificação da última gota de metal líquido.3o- Contração no estado sólido: Ocorre a partir do fim da solidificação até a temperatura ambiente.
O terceiro caso, deve ser considerado pelo projetista ou modelador, ou seja, deve acrescentar em todas as medidas do modelo ou caixa de macho, um percentual correspondente a contração do metal em que a peça será fundida. (Utilizam: fitas métricas corrigidas em comprimento de 1, 1.5 e 2% maiores que a medida correta).
Os dois primeiros estágios de contração podem ser totalmente compensados com um bom sistema de massalotagem (sistemas de alimentação).
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Valores Aproximados da Redução de Volume (Contração) durante a Solidificação
Valores de Contração no Estado de Metal Líquido
Valores de Contração no Estado Sólido
Exercício:1. Para produzir um eixo maciço de aço-carbono de diâmetro final de 10 cm e 50 cm de altura, após usinado, utiliza-se uma alimentação do metal líquido pelo fundo do molde. Dimensionar, as medidas do modelo e a quantidade de material a ser usada. Desconsidere os sistemas de vazamento e de alimentação. (Densidade do Fe = 7,8 g/cm3).2. Para as mesmas condições, estime as dimensões do modelo e carga estimada para uma liga de alumínio (densidade do alumínio 2,7 g/cm3).
6. Acabamento Superficial
Um bom acabamento superficial do modelo, facilita a extração do molde e do macho, evita quebra do molde ou macho que implica na redução de refugos.
Na confecção do modelo, deve fazer-se a marcação de macho, que nada mais é do que uma saliência ou ressalto no modelo , proporciona a cavidade no molde.
7. Marcação de Macho
As peças geralmente possuem cavidades, aberturas, reentrâncias ou furos, que são impossíveis de se obter com a mistura de areia de moldagem, para isso é necessário o uso de machos.
As medidas da marcação do macho devem ser maior que a medida do macho, para ter uma folga que facilita a colocação do macho, e evita o atrito do macho com as paredes do molde provocaria queda de areia.
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MOLDES e MATERIAIS DE MOLDAMOLDES e MATERIAIS DE MOLDAÇÇÃOÃOA moldação é a etapa de construção do molde e são:
São os mais comuns, baratos e fabricados de materiais refratários, a base de areia. Assim, como os machos (também são colapsáveis a base de areia).
Moldes são mais usados em pequena e media escala de produçãoMachos em pequena, media e grande escala de produção.
Molde de AçoBico injetor de Ar
Comprimido
2. Moldes Colapsáveis: Se fragmentam a cada peça produzida.
A cavidade do molde e os canais de vazamento, são obtidos por usinagem. Durante a fundição, os moldes permanentes são subme-tidos a ciclos de temperatura e de tensões além do desgaste pelo atrito com a peça.
Os moldes podem ser re-utilizados. Em geral são metálicos: ferros fundidos e aços ferramenta resistentes ao desgaste e calor para fundição de ligas a base de Al e de Zn. E moldes-matrizes a base de ligas de Ni, Co, Mo e W para fundição de ligas a base de Cu, através dos processos de fundição por gravidade ou sob pressão.
1. Moldes Permanentes: Fabricação de grande quantidade de peças por molde.
Molde de Cura a Frio de parte de peça de
freio
O tipo de material usado no molde afeta sensivelmente na transferência de calor e nas propriedades do fundido:-qualidade interna e da peça fundida, -quanto às dimensões, -forma e acabamento superficial.
Tornando, imprescindível seu estudo, quanto a seleção e controle dos materiais que constituem o molde.
A fase de moldação permite distinguir vários processos de fundição:
-Moldagem em molde de areia, ou temporário, por gravidade: areia verde, areia seca, areia cimento, areia de macho-Moldagem em molde metálico ou permanente: Por gravidade ou sob pressão. -Moldagem pelo processo CO2,-Moldagem na fundição por centrifugação,-Moldagem na fundição por precisão: em casca, de cera perdida (de investimento)
∼60% da produção de peças fundidas são realizada em areia, daí sua importância em estudar os tipos de areia.
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Requisitos funcionais a ser considerados durante a fabricação:
MOLDES COLAPSMOLDES COLAPSÁÁVEIS de AREIASVEIS de AREIAS (Destrutíveis)
- preparação e transporte dos materiais - fabricação dos moldes e machos Moldagem- vazamento do metal líquido - limpeza da peça- recuperação do material
O ciclo de fabricação e utilização de moldes e machos é:
Tipos de Areias Usados na Moldagem com AreiaAreias de Faceamento: são as que vão a formar as faces das peças,
ficando diretamente em contato com o material líquido. São por tanto, melhores preparadas em suas características.
Areias de Enchimento: são utilizadas para encher as caixas onde são feitos os moldes, após os modelos já estarem revestidos pela areia de faceamento servindo de apoio para estas.
Areias de Macho: são utilizadas na confecção das partes pré-formadas colocadas no interior da cavidade do molde.
a) Características das Areias Na Fase de Moldagem:
Escoabilidade: capacidade de compactação (escorregamento dos grãos) com densidade uniforme, conforme o método de compactação (manual ou mecanizado),
Plasticidade: capacidade do material de moldagem sofrer deformações mecânicas antes de se romper.
Resistência a verde: Ao retirar o modelo, o molde não pode sofrerdistorções ou fragmentações depende, também da geometria do modelo, e bastante dos agentes ligantes.
Resistência a seco - na moldagem de areia seca e de areia verde, a resistência a seco é importante. Evita a friabilidade, ações erosivas do molde e deve possuir resistência mecânica suficiente para suportar a pressão do metal líquido.
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b) Na Fase de Vazamento:
Estabilidade térmica e dimensional: material do molde não pode sofrer variação de forma e de dimensão que comprometa a qualidade da peça, no decorrer do processo de fundição.
Refratariedade: capacidade de reter a ação do calor a alta temperatura, sem que ocorra fusão ou sinterizacão do material do molde (para metais de alto ponto de fusão), como por exemplo, para aços e ferros fundidos.
Propriedades combinadas a quente: a resistência mecânica e capacidade de deformação do molde devem resistir forças de contração do metal na solidificação, assim como auto-resistir à pressão metalostática do liquido remanescente.
O gás envolvido é deslocado pelo metal líquido ao penetrar no interior do molde e deve ser expulsado por locais apropriados: massalotes, montantes, respiros. Porém, boa parte deve ser dissipada pelos poros da areia (bastante acentuado em moldes de areia verde que contem umidade e em areias de macho que contém compostos orgânicos volatilizáveis e que se decompõem).
Por exemplo: cada 1ml de umidade presente no molde ao ser evaporada gera 30 ml de gás.
Permeabilidade de gases: É necessária, para se evitar defeitos como bolhas superficiais, ou falta de preenchimento.
Colapsibilidade ou desmoldabilidade: facilidade ou rapidez com que o material do molde pode ser fragmentado após a solidificação do fundido, permitindo a facilidade de remoção da peça.
c) Na Fase de Limpeza da Peça:
d) Outros Requisitos Importantes dos Moldes:
Deve-se evitar na penetração do metal no molde um superfície lisa na peça. Acabamento superficial é bastante afetada pela granulometria (tamanho e distribuição) dos grãos refratários usados para a confecção do molde e macho.
Tempo de estocagem permissível da areia refratária, sem deterioração das propriedades desejadas.
Durabilidade, deve resistir o número de reciclagens (recuperações) do material nos ciclos fundição-recuperação.
baixa reatividade química metal/molde: metais reativos como Mg, exigem a presença de inibidores adicionados ao material do molde
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MACHOSMACHOS (Destrutíveis)Os machos são essencialmente componentes do molde, fabricados
normalmente de areia, devem possuir características mecânicas e térmicas mais severas que as areias do molde. Entretanto, sua construção e montagem é delicada, as vezes são fixados no molde por apenas alguns pontos.
Sustentação Típica de Machos no Interior dos Molde
Fixação do Macho
Macho
Cavidade
Fixação
Plano de Partição
Cavidade
Fixação do Macho
Macho
Molde
Usados como inserções que seriam difíceis ou impossíveis de se produzir diretamente por moldagem (para obter entrâncias e partes ocas da peça fundida).
Requisitos de mínima resistência à contração do metal líquido e colapsibilidade dos machos devem ser muito grandes nas cavidades e reentrâncias da peça.
Situações Típicas em que os Machos são Utilizados
a) Propicia a formação da cavidade principal da peça.b) Saliências na peça difíceis de obter nos moldes e quando se dificulta a obtenção de linhas retas de partição.c) Sem dificuldade de extração do molde, porém podem evitar tensões e atrito além de provocar defeitos e sujeira. d) Para redução de custos, usa-se machos pesados fechando a cavidade, sem o uso de pesos adicionais no topo.e) Pequenas peças intrincadas ou necessidade de alta resistência (de forma similar na fundição centrífuga).
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CaracterCaracteríísticas das Areias de Fundisticas das Areias de FundiççãoãoA combinação dos requisitos funcionais de moldes e de machos depende do
peso da peça e dos conjuntos peça/molde, da composição química da liga, das propriedades do fundido e do nível de qualidade desejado para o produto.
A confecção de moldes e de machos são feitas a partir da mistura de:
Areia base + Aglomerantes + plastificantes + aditivos especiais (para melhorar uma ou outra característica). As vezes utilizam-se tintas no
recobrimento superficial da cavidade do molde.
Características Químicas da Sílica (SiO2)
A Sílica, SiO2 comporta-se como um ácido muito fraco, insolúvel em água e não é afetada pelo HF e fosfórico. Já soluções alcalinas as dissolvem e reagem facilmente com soluções alcalinas.
A Sílica reage em altas temperaturas com o Mg, e não reage com o Feo, porém, alguns metais óxidos, tal como o FeO se reagem formando silicatos de Fe de baixo ponto de fusão, facilitando a entrado de metal liquido entre os grãos.
Pureza das areias, particularmente a SiO2 provêm da desagregação de rochas devido ao intemperismo o que pode afetar a pureza e a morfologia da SiO2 pura. Também, podem vir de diferentes depósitos de rio, praia e deserto, com diferentes características.
Tipos de Areias: Naturais ou Sintéticas
Areias Naturais: São misturas de areia (95-80%) e argila (5-20%) que são depósitos naturais, e já são adequadas para o emprego em moldagem, apenas éadicionado água (5-8 %).
Por isso, areias naturais são mais empregadas na fundição de ligas de baixo ponto de fusão
Porém, geralmente estão presentes altos teores de argila que reduzem a refratariedade e a permeabilidade do molde.
Areias sintéticas: Geralmente são à base de areia de sílica, contendo pouco ou nenhum aglomerante natural tipo argila. As propriedades são desenvolvidas por adições de teores de argila.
Permitem maior flexibilidade e controle de propriedades, requererem teores de aglomerantes mais baixos do que os encontrados nas areias naturais.
A mistura para molde: areias sintéticas + 3 a 5% de bentonita (Al2Si03) + 3 a 4% de H2O. e aglomeração, e muitas variações.
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Características Críticas das Areias de BaseAs areias são abundantes geologicamente, de baixo custo e apresentam excelentes propriedades em altas temperaturas. Dependendo de sua origem a composição química pode variar e influenciar na: refratariedade, dilatação térmica, densidade e reação da areia com o metal fundido.
Tipo de areia-sílica (SiO2) pura e argilas refratárias-zirconita (Zr02.Si02) -cromita (FeO.Cr203) -olivina (Mg, Fe)Si04
1700 oC2200 oC2000-2200 oC1200-1900 oC
+ Refrat + Condutiv.+ Refrat. + Condutiv
Temperatura de fusão
A maior parte das areias são formadas a base de sílica, Si02. Podem sofrer transformações de fase a baixa temperatura com variação de volume.
A zirconita e cromita: Usada em condições extremas, (areias de faceamento e em machos susceptíveis àpenetração do metal), para peças pesadas de aço. Ambos minimizam defeitos superficiais em ligas ferrosas de grande intervalo de solidificação. Porém prejudiciais para peças finas que sofrerao ToTo.
Chamote usado para peças grandes de aço, alta: refratariedade, estabilidade dimensional e resistência.
Olivina, após a moagem, pode ser usada como areia base. Areias com baixos teor de SiO2, são mais fusíveis: feldspato (Ca,Na,
K20.Al203.3Si02), mica (Ca, Na, K20.Al203.SiO5.H20), fluxos alcalinos e hematita (Fe203).
A morfologia dos grãos: Os grãos de areia se apresentam desde angulosos até arredondados, dependendo da história geológica e do uso de processos mecânicos de fragmentação.
Areias de rioAreias de praiaAreias de deserto
Principais diferenças em relação à forma dos grãos:Superfície especifica: Maior em areias angulosas que das arredondadas,
para um mesmo peso.
Resistência Mecânica:-Aglomerados com óleos, grãos arredondados produzem maior resistência do molde. -Aglomerados com bentônica e água, com teores usuais, produzem maior resistência do molde. E com teores mais elevados de adição com grãos arredondados, também produzem maior resistência.
permeabilidade: Grãos arredondados podem ser 20% mais permeáveis que grãos angulosos. Grãos uniformes e de maior e tamanho também são mais permeáveis que grãos de menor tamanho e de diferente tamanho.
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Porosidade: Areias com alto teor de grãos porosos pode tornar o uso de aglomerantes
líquidos antieconômica, devido ao maior consumo.
Nos moldes de areia verde, há vantagens, pois a água no interior dos grãos retarda a secagem da mistura, que é favorável em moldes de execução demorada. Reduzem a velocidade de aquecimento do molde durante ovazamento, retardam, assim a formação defeitos por dilatação da sílica.
GranulometriaA granulometria, analisada desde o ponto de vista da finura e dadistribuição
granulométrica das partículas de areia, influi significativamente sobre o consumo de ligante, eficácia do socamento, na permeabilidade do molde, na penetração metálica e no acabamento superficial da peça.-Quanto mais fina a areia base, mais lisa será a superfície da peça, desde que não haja defeitos Pode afetar: a permeabilidade, na força de socamento (maior) e na penetração de liquido (menor).
-Quando se usa areias grossas pode ocorrer socamento excessivo e os grãos de areia, próximos, podem não apresentar folga necessária para dilatação localizada.
Nas areias de fundição é pratica comum que a distribuição granulometricafavoreça o compromisso: PERMEABILIDADE & EXPANSÃO TERMICA.
Recomenda-se que 50 a 70% do material seja retido em 3 peneiras consecutivas, ou, 90% do material seja retido em 4 peneiras seguidas.
Método de Determinação do Modulo de Finura do Grão de Areia
Realizado para análise de distribuição granulométrica das partículas de areia através de ensaios por peneirador vibratório, compostos por peneiras de diferentes tamanhos de aberturas para empilhamento de partículas retidas em ordem decrescente de tamanho.
AFS: Americam Foundry Society
Determinação do grau de finura da areia utilizada em fundição desde uma amostragem de 100 gramas
Peneira
Características de peneira vibratória para analise granulométrica
No Peneira
Modulo de Finura é um índice que reflete o tamanho médio das partículas.
AFS = 88,52
90,5%
A análise mostra que se tem mais partículas finas que as desejadas
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Aglomerantes (ligantes) de Areias de FundiAglomerantes (ligantes) de Areias de FundiççãoãoA função do aglomerante é envolver e ligar os grãos refratários, conferindo-lhes coesão, resistência, forma e conservando os requisitos necessários para molde e macho, tanto após a fabricação corno durante o vazamento do metal fundido.
Aglomerantes Inorgânicos:
Aglomerantes Orgânicos:
-Argilas, -Cimento-Silicato de sódio, -Sílica Coloidal
-Óleos Vegetais ou animais,-Derivados de cereais (amidos, mogul, dextrina)-Derivados de alcatrão e petróleo-Melaço, etc.
Aglomerantes inorgânicos em geral resistem ibem altas temperatura, más, podem sofrer sinterização. Caso isto ocorra, torna-se difícil a retirada dás partes do molde ou de macho que estejam aprisionadas pelo metal contraído
Ligantes orgânicos são de baixa viscosidade e são destruídos pela temperatura, por combustão, decomposição ejou volatilização. Isso ocorre após o vazamento do metal líquido. Durante o vazamento, existe grande estabilidade e excelente resistência do molde e do macho. Esta destruição do aglomerante orgânico, após suficiente solidificação do metal, confere ótimas características de colapsibilidade e desmoldabilidade.
ArgilaArgilaAs argilas são silicatos de alumina hidratadas e são
constituídas de pequenas lamelas. Muito abundantes na natureza, de diferente coloração segundo os óxidos que contenham. sendo a mais usada a argila bentonita.
Na moldagem agem como aglutinante, quando umedecidos, formam um massa plástica, ligando os grãos de sílica. As argilas sem presença de água possuem fraca coesão entre a lamelas.
Aumenta a resistência do molde quando aumenta o teor de argila na areia de moldagem, porém, os grãos finos da argila formam uma massa fina compacta ao redor dos grãos de sílica, diminuindo a porosidade e a permeabilidade do molde.
O ponto de fusão das argilas é ∼1250oC, daí que são usados usualmente na fundição de ligas de baixo ponto de fusão do alumínio.
Entre 400 a 700oC há remoção de água, conseqüentemente, perda da capacidade de ligação entre as lamelas, mais favorável para a desmoldabilidade.
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CaracterCaracteríísticas Gerais das Argilas para Fundisticas Gerais das Argilas para Fundiçção:ão:
EFEITO DA UMIDADE SOBRE AS PROPRIEDADES DE MOLDES DE AREIAEFEITO DA UMIDADE SOBRE AS PROPRIEDADES DE MOLDES DE AREIA
Para teor Cte. de argila
Para diferentes teores de argilas
-Bentonita (Al2O3.4SiO2.H2O)-Tipos: bentonita sódica e cálcica. -Uso extensivo em areias de moldagem-Boa moldabilidade e durabilidade-Boa desmoldabilidade, baixa tendência a defeitos de fundição.-Bom aglomerante, requerendo 3 a 5% na mistura de areia-água-argila.
-Caolinita (Al2O3.2SiO2.2H2O): principal constituinte de argilas refratárias, para chamote. -Desidratação irreversível entre 400 a 650oC-Propriedades aglomerantes moderadas, requerendo 10 a 20% na mistura de areia-água-argila.
-Ilita: baixo Baixo poder aglomerante, menos refratária, -Haloisita: Difícil controle da hidratação e baixo poder aglutinante.
Silicato de SSilicato de Sóódio dio -- C0C02 2 na preparana preparaçção de Moldesão de MoldesA passagem de gás seco CO2 através de areia impregnada com solução aquosa de Na2SiO3-aq em proporção de 2 a 6%, provoca uma reação complexa:
Na2O . SiO2 . H2O + CO2 ⇒ H2CO3 + Na2O . SiO2.
•A reação provoca aumento de SiO2/Na2O e forma sílica gel, provoca endurecimento e aglomeração da areia.•Quando armazenados moldes e machos podem ser desidratados e os moldes ficam mais endurecidos.•Adição de moinha de carbono e asfalto na mistura introduzem colapsabilidade e desmoldabilidade.
Efeito do fluxo de CO2 sobre areia SiO2Tensão suficiente para extrair o modelo do molde ou macho da caixa.
Sobre-Gasagem CO2
Cimento Cimento PortlandPortland na preparana preparaçção de Moldesão de MoldesO uso de 8 a 12% de Cimento como aglomerante + 6 a 9% de água + areiapermite obter misturas de areia com pequena resistência a verde, porém, após cura (de vários dias a temperatura ambiente) se obtêm alta resistência a seco. -A moldagem é simplificada e permite o uso de reforços de aços montados no interior da mistura. -Aplicação limitada em peças de grande porte (lingoteiras, hélices de turbina e navios, etc.). Porém, são empregados ainda na fundição de precisão (insvestimento).
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Aglomerantes Orgânicos:Mogul, Dextrina Melhoram a manuseabilidade da areia de molde.São amidos derivados de cereais e em mistura com água formam um ligante gelatinoso (cola-Mogul). Uma mistura simples pode ser:
2,5% de mogul e 3,5% de H20 e restante de areia,ou, em conjunto com outros aglomerantes como bentonita, resina sintética,
óleos, etc. que quando secos, transformam-se em massa endurecida. Porém a dextrina é pouco usada.
Vantagens: -Promovem alta resistência a seco e resistência ao manuseio durante a retirada do modelo, aumenta a capacidade de retenção de umidade. -Em altas temperaturas, aumentam a capacidade de deformação da areia, reduzindo o risco de defeitos de expansão.-Na fabricação de machos, aumentam a resistência à verde quando misturadas em areias aglomeradas.com silicato de sódio. Desvantagem: há um aumento na evolução dos gases e um aumento na capacidade dos machos secos absorverem umidade
Óleos Vegetais SecativosÓleos vegetais: de linhaça e de mamona, promovem resistência à verde muito baixa
(são líquidos de baixa viscosidade), e são adicionados às misturas entre 1,0 a 2,5%. Por aquecimento (200-240oC) e em presença de oxigênio do ar, oxidam e polimerizam-
se, formando um filme contínuo de grande resistência mecânica. Ainda o filme apresenta resistência à umidade, permitindo o armazenamento de machos por tempos longos.
Resinas Sintéticas:
De cura a quente:
-Lenta: (mais que 1 hora), utiliza-se misturas de resinas com cereais e/ou óleos secativos.-Rápida: (alguns minutos), utiliza-se uréia formaldeído (150-180°C); fenol formaldeído (200-250°C)
De cura a frio: Tempo de cura controlável, usa resinas furánicas com uréia/fenol
Uso principal das resinas fabricação de machos para processos: de caixa quente, de cura a frio, de fundição em casca.
As resinas sintéticas, assim como os óleos vegetais para fundição são liquidas e promovem baixa resistência a verde.
vantagens: promovem boa resistência a seco, boa colapsibilidade, permeabilidade, precisão dimensional, rapidez de produção de moldes e machos. Inclusive na produção de peças de grande porte.
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Tintas, aditivos e materiais especiaisTintas, aditivos e materiais especiaisServem como meio de separação entre o metal fundido e o material de molde e/ou macho. Usados adequadamente, devem proporcionar boa permeabilidade, baixa porosidade para obter um bom acabamento superficial nas peças fundidas.
Tintas refratárias à base de sílica, zircônia ou talco, em suspensão em água, são aplicadas por aspersão na cavidade do molde. O meio líquido é eliminado por evaporação. Evitam: aderência de areia à peça, a penetração do metal no material do molde e/ou ocorrência de reações metal/molde.
Tintas que formam atmosfera redutora, à base de grafita em suspensão, ou dextrina em solução aquosa, evita a oxidação do metal líquido, porém, o gás redutor deve ter baixa solubilidade no metal líquido. No caso específico de ligas de Mg são usadas tintas contendo enxofre, que originam uma atmosfera de S02 e contribuem para impedir a oxidação violenta do magnésio.
Tintas escorificantes (alta viscosidade) são: ácido bórico, borato e fluorborato de amônia. Evitam a presença de defeitos de penetração na areia. Forma filme contínuo de escória na interface metal/molde e propiciam uma superfície final limpa da peça.
Tintas a base de argila ou dexitrina em solução aquosa, minimizam defeitos de erosão devido ao fluxo metálico em superfícies de moldes de baixa dureza.
Tintas especiais contendo Ti, AI, Te, são usadas, para refino de grãos superficiais na peça. Tinta à base de grafite podem promover a cementação de peças de aço baixo C.
Outros aditivos: tipo carbonáceos, adicionados à areia verde, tem por finalidade gerar carbono vítreo (800 ºC) durante o vazamento do metal, que, pôr sua vez, evita principalmente a sinterização de areia e melhora o acabamento superficial das peças.
Grafite: aumenta a moldabilidade do molde e melhorar o acabamento superficial.
Pó de sílica: para resistir à penetração do metal e melhorar o acabamento superficial.
Serragem e Cereais: reduzem efeitos de expansão do molde, e aumentam a colapsibilidadee minimização de tensões residuais.
Melaço (cereais e etileno glicol): retêm a umidade dos moldes de areia verde,
Moinha de carvão: usado em moldes de silicato/CO2 para aumento de colapsibilidade.
OBRIGADO
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INTRODUÇÃO
FundiFundiçção em Areia, Equipamentos e Moldaão em Areia, Equipamentos e MoldaççãoãoA fundição em areia com prende as técnicas de fundição; em areia verde, em areia seca, silicato de sódio, em casca (shell molding), cera perdida, resina de cura a frio, processo CLA.
OperaOperaçções Bões Báásicas para a Preparasicas para a Preparaçção de Areias de Fundião de Areias de Fundiççãoão
Etapas importantes na fabricação de moldes e machos com areia são: mistura e aeração, compactação e secagem e endurecimento.
Os moldes e machos são fabricados a base de misturas de: areia + água + bentônica e outros aglomerantes
Utiliza-se: equipamentos misturadores (contínuos ou intermitentes) ou se realiza de forma manual.
a) Mistura e Aeração:
Na saída dos misturadores a areia deve ser arejada, ou seja, os torrões devem ser desintegrados pela passagem da areia preferencialmente em peneiras ou em outros sistemas apropriados.
Galga
O movimento das pás do misturador promove a homogeneização, enquanto que rolos compressores (mós) favorecem a adesão da pasta (mistura) através de um filme contínuo entre os grãos de areia. A quantidade de água é calculada por um controlador de compactabilidade antes que caia na máquina de moldar.
Silo de preparação e armazenagem de areia
Misturadores de Areia para Molde ou Macho
mós
areia sintética + H2O + bentonites sódica e cálcica, aditivos (pó de carvão, dextrina, pó de madeira, etc.)
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Trituradora de molas: provavelmente a mais usada, porém, não sempre apresenta um bom rendimento, especialmente para areias secas. A trituração é realizada, girando a molas sobre a mesa ou em sentido contrário.
Trituradora de Gaiola: No interior do cilindro são localizados gaiolas esféricas fixas a um eixo que quando giradas podem produzir areias bastante finas em função do tempo do tempo de extração da areia.
Moinho de bolas: formado por dois cilindros: exterior e interior, com diferença de raios maior que o diâmetro das bolas, com a finalidade de evitar acumulo de bolas. E obter força suficiente para vencer o atrito entre as bolas e as areias. Assim, a areia é tamisada pelo cilindro interno e a areia com finura adequada é extraída por um extremo.
Preparação de areias
Peneira vibratória. – Bastante prático e areia resulta muito fina, de acordo ao número de abertura da peneira. A areia fica já preparada para uso direto.
Crivo poliédrico rotativo: apresentam grande rendimento e são econômicos. Nesses crivos são adaptadas malhas metálicas, atuando como tamis, para realizar dois trabalhos ao mesmo tempo. Um deles peneira areia fina e a outra peneira areia molhada com outra malha de abertura maior.
Preparação de areias
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Grau de Preparação das Misturas de Areias para MoldagemÉ a eficiência de preparação da mistura, é afetada principalmente pêlos seguintes fatores:
a)Tempo de mistura-A eficiência de mistura pode ser medida com o ensaio da compactabilidade. -Deve-se tomar cuidado de se assegurar que o teor de umidade seja constante
e a faixa de compactabilidade da mistura seja entre 35 a 55%.
b)Ordem de adição dos componentes da mistura para a areia de Faceamento
1-areia de retorno e/ou areia base2-cerca de 50% da água supostamente necessária ( 1 a 3 min)3-argila e outros aditivos (3 a 5 min)4-restante da água (1 a 3 min)
Tipo e estado de manutenção do misturadorAspectos a serem considerados:
-rotação do conjunto(número de voltas/minuto).-quantidade de mós e sua articulação, giro, altura em relação ao fundo do
misturador.-estado das pás e a posição das mesmas.
Esquema de PreparaEsquema de Preparaçção de Areiasão de Areias1. Moinhos trituradores2. Peneiras grosseiras3. Separador magnético4. Misturador (produtos vindos dos silos)5. Centrifugadora6. Transportadora de areia
Preparação de Areias de Moldagem, Aglomeradas Naturalmente para Fundição de Ferro
Conteúdo de umidade: entre 5 a 10%, depende do tipo de peça e do processo de moldagem.Alto grau de umidade produz alto produção de gases durante a colada e pode produzir
defeitos tipo gretas.
-Areias de moldagem propriamente ditas (areias de faceamento) de alta qualidade.-Areias de moldagem de enchimento de baixa qualidade.
Composição típica para areia de moldagem, em contato com o modelo (faceamento).
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Areia de moldagem usada em máquinas para ligas de alumínio (M.O. não-especializado)
Areia de faceamento para peças de aço fundidas em areia verde
DIVERSAS MISTURAS DE AREIA DE MOLDEDIVERSAS MISTURAS DE AREIA DE MOLDE
Areia sílica 90%Bentonita 4%Aglomerante cereal 1%Água 3% a 4%
Areia para moldes que devem ser levadas à estufa, para peças de aço
Areia ordinária 90%Bentonita 5%Água 2,5 a 5%
Areia de moldagem para peças de aço de paredes grossas
Areia sílica 65%Areia sílica muito fina 20%Bentoníta 5%Melaço 5%Água 6 a 7%
Areia de moldagem para peças de aço de paredes finas
Areia sílica 70%Areia sílica muito fina 20%Bentonita 4%Melaço 1,5%Água 5 a 6%
Areia sílica 40%Areia sílica muito fina 50% (AFS: 200)Bentoníta 4%Azeite 4%
DIVERSAS MISTURAS DE AREIA DE MACHODIVERSAS MISTURAS DE AREIA DE MACHO
Areia sílica 90%Areia sílica muito fina 6% (AFS: 200)Azeite 2,5%entonita 1,5%
Areia para machos para peças de aço de tamanho médio
Areia para machos para peças de aço de paredes grossas
Diferentes composições de areias de machos preparadas com aglutinantes
Areia sílica 83%Areia sílica muito fina 9,5% (AFS 200)Azeite 5%'Bentonita 2,5%
Areia sílica 93%Azeite 5%Bentonita 2%
Para peças de Ferro de tamanho médio
Para peças de ferro de paredes grossas
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Caixas de MoldaCaixas de MoldaççãoãoAs caixas de moldação, são de grande importância na industria de fundição, são fabricadas a base de madeira ou de metal (Al, aço fundido, ou perfis laminados etc.). Devem ser suficientemente resistentes a impactos de moldação, assim, como devem estar em constante reparação.
As figuras mostram caixas quadradas simples (mm) para moldação manual com guias e furos para que coincidam a caixa superior e a caixa inferior. Para moldação mecanizada são necessárias caixas mais fortes e resistentes.
Caixa de madeira simples (mm)Caixa de metal de colunas (mm)
MOLDAÇÃO de Areias para Obtenção dos Moldes:A areia é compactada no interior da caixa de moldagem (de: aço, ferro fundido ou ligas leves) recobrindo o modelo.
Compactação ou socamento manual: usada para produzir peças em pequena escala e para peças que impedem o uso de máquinas de moldar.
Compactação mecanizada para moldagem: para produção de moldes em grande escala e em altas velocidades. As vezes são equipadas para retirar o modelo após a compactação e/ou manipular partes do molde.
O socamento manual geralmente é não uniforme, produz camadas com diferentes densidades em função da altura do molde. Porém, com uma atenção no socamento em partes confinadas, pode conduzir melhores resultados que na compactação mecanizada.
Na compactação mecanizada se têm duas operações; compressão e compactação por impacto, ou, ambas simultaneamente. Isso, tende a produzir maior uniformidade de compactação do molde.
Esquema de uma máquina de compactação
Pressão por compressão
(máxima dureza na superfície)
Compactação por impacto (máxima dureza na
superfície do modelo)
Compactação por projeção centrifugada: para moldes de grande porte e com alto rendimento.
Sistema Jolt-Squeeze; Impacto e aperto
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Ferramentas para MoldaFerramentas para Moldaçção ão
Usados geralmente para alisado dos moldes, na construção dos canais de distribuição, de alimentação, socamento do molde, e reparação dos moldes, etc..
Processo importante, não utiliza caixas de moldação mas apenas areia, diferente ao processos de fundição em areia verde. Processo de alto custo e produção de média a grande escala.
Processo Disamatic de Compactação de moldes:
Descrição do Processo:
PASSO-3 PASSO-4 PASSO-5
PASSO-6
PASSO-1 PASSO-2
Areia
cavidade
placas molde
½ face com ½formato da peça
Pistãocomprime
Forma-se blocos de areia
½ face com ½formato da peça
Acumulo de blocos de areia
Pistão
porta basculante
Dois blocos de areia formam o molde com a cavidade do
formato da peça
Vazamento de metal liquido para dar origem
à peça fundida
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LASTRO DAS CAIXASLASTRO DAS CAIXASNa fundição, geralmente, a caixa superior do molde élevantado, introduzindo defeitos na peça. Nesse caso, a caixa superior do molde apresenta uma pressão inferior à pressão hidrostática do metal fundido no vazamento. Para solucionar tal problema, recomenda-se colocar sobre a caixa superior do molde pesos suficientes para compensar a referida pressão. Essa operação é denominado lastro de caixas.
O valor dessa pressão (P) é proporcional àsuperfície da peça fundida em cada desnível (A), àaltura entre a superfície superior da peça e do bebedouro (H) e o peso especifico (densidade, ρ) do metal fundido.
Peso sobre a caixa superior do molde
P = A.H.ρCalcular a pressão hidrostática que exerceria um aço fundido no esquema
seguinte:
Caixa superior do molde
Bebedouro
979
Pressão Total = 2138 quilosPeças grandes precisam de altos pesos para lastro de caixas.
Secagem e EndurecimentoSecagem e Endurecimento:Os moldes obtidos de areia aglomerada com bentônica e água, muitas vezes
são secados antes de sua utilização em estufas, em temperaturas de 200 a 400oC ficando um molde mais rígido e endurecido com maior precisão dimensional. Neste caso são denominados fundição em areia seca.
: Envolve 2 etapas: compactação e endurecimento
1.Compactação:Utiliza caixas de macho de madeira
(pouca precisão e para pequena escala) ou metálicas (alta precisão).
A compactação pode ser realizado de forma similar à fabricação dos moldes.
Os constituintes da mistura de areia de machos são à base de resinas, óleos vegetais, etc., e apresentam baixa resistência a verde, requerendo baixa pressão de compactação.
Equipamento Comuns de Compactação de Machos
Arremesso de Areias (Shooter)
Sopragem de Areias (Blower)
CONFECCONFECÇÇÃO DE MACHOSÃO DE MACHOS
2.Endurecimento: cura a frio, a quente e CO2: Pode ser realizado em forno continuo
ou descontinuo, porém, com ventilação.Os machos podem ser endurecidos, no
interior ou fora da caixa de macho, neste caso, deve possuir resistência a verde.
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OBRIGADO
MACHOS
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Classificação para Processo de Fundição Baseado Sobre o Tipo de Molde
Baseados na forma dos fundidos (Não considerada a Fundição Continua)
Molde Não-Permanente
Molde Permanente
Modelo PermanenteLigados: água e argila (moldagem em areia verde)
Areia SilicaAreia olivineAreia cromitaAreia zirconia
Processos ligados com resina de cura a quenteProcesso Shell (casca) – Processo cromingCaixa Quente com aglomerante furânicos (furano: C4H4O)Caixa Quente com aglomerante fenolicaCaixa Morna (furfuryl catalyst)Caixa furanica curada em estufa (core oil)
Processos ligados com resina de cura em caixa quenteUretano - FenolicoFurano/SO2Cura livre de radical (acrylico/epoxi)Ester Fenolico
Processos ligados com resina de cura a frioFurano (catalizador ácido)Fenol (catalizador acido)Oleo de uretanoUretano fenolicoUretano Polyol
Ligantes de Silicato e FosforoSilicato de Sodio/CO2Processo Shaw (Manta) (moldagem ceramico)Processo Unicast (moldagem ceramico)Fosfato de alumina
Ligantes de GessoLigação Gypsum
Não ligantesMoldagem magnéticoMoldagem em vácuo
Modelo Não-Permanente
Modelo de Espuma de VidroFundição em espuma perdidaProcessos replicast
Modelo em Cera (investment casting)Blocos de molde ligados com silicato de etilLigação de silica coloidalLigação de gessofundição de baixa pressão de gravidade
Fundição em Matriz MetálicaFundição de alta pressaoFundição de baixa pressaoFundição de gravidade (molde permanente)
Fundição CentrifugadaFundição centrifugada verticalFundição centrifugada horizonta
Processos HibridosFundição Comprimida (squeeze casting0Fundição de metal semisólido (rheocasting)Processo Osprey
Quality - Casting
Rate - Casting
