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OBJETIVOS DA DISCIPLINA FUNDIO: DOUTRINAS, MTODOS E PROBLEMASPRIMEIRA PARTE: PROCESSOS DE FUNDIO E PROJETO DE FUNDIO

Projeto de Fundio

PROCESSOS DE FUNDIO Fundio Etapas e fluxograma. Engenharia e metalurgia da fundio Ligas dteis e ligas de fundio Solidificao progressiva e dirigida Vazios, poros e bolhas Fundio em moldes isolantes Princpio Fundio em areia Areias e aglomerantes Fundio em gsso Fundio em moldes permanentes e semi-permanentes Princpio Fundio em coquilha sob gravidade Fundio em coquilha sob presso mecnica elevada Fundio sob baixa presso Fundio centrfuga Processo da lama de investimento, da cera perdida ou de preciso Princpio Processo da lama de investimento, da cera perdida ou de preciso Variantes Elaborao do metal lquido Fornos Ligao Manuseio do metal lquido PROJETO DE FUNDIO Sistema de alimentao Massalotagem de ligas que se solidificam por frente de solidificao em processos sob gravidade Massalotagem de ligas que se solidificam por solidificao pastosa em processos sob gravidade Massalotagem de ligas que se solidificam por frente de solidificao em processos sob presso Sistema de vazamento Fundamentos do clculo do sistema de vazamento Projeto de fundio Estudo de casos Foras de levantamento (abertura) e de empuxo nos moldes e machos Foras de empuxo nos machos. Dimensionamento das marcaes Foras de levantamento (abertura) nos moldes. Dimensionamento do lastro Acabamento superficial e tolerncia dimensional Tolerncia dimensional Acabamento superficial Sobreespessura de contrao

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Projeto de Fundio

! INTRODUO AO PROJETO DE FUNDIO [Introduo Fundio, p. 1-97] Mostrar, (1) atravs da leitura do texto Iniciao Fundio, (2) os conceitos de ----------------------------------------------------------------------------------------(1) desenho da pea usinada, (2) projeto de fundio: pea usinada, pea bruta de fundio e modelo (3) modelo da pea, (1) sobreespessura de usinagem, (2) contrao linear (1) folga, (2) sobreespessura de contrao, (3) sada, -------------------------------------------------------------------------------(1) acrscimo, (2) desbaste, (3) compensao, -------------------------------------------------------------------------------(4) marcaes (5) cores para modelos e caixa de machos, (4) moldao manual e caixas superior e inferior, (5) machos, (6) confeco do macho pelo processo CO2 e caixa de macho (7) canais de enchimento [ou vazamento], (1) funil de vazamento, (2) canal de descida, (3) canais de ataque, (8) massalotes, (1) sobreaquecimento, (2) contraes durante o resfriamento (1) no estado lquido, (2) durante a solidificao, (3) no estado slido, " (3) solidificao progressiva [progride da periferia para o centro da pea] e dirigida [as partes mais finas se solidificam antes que as mais espessas], (4) rechupe, chupagem ou vazio de contrao, (5) funo do massalote, (6) classificao (1) diretos [de topo] ou laterais, (2) abertos ou fechados [ou cegos], (3) lineares e aneliformes. ----------------------------------------------------------------------------------------# CONTRAO NA SOLIDIFICAO CONSEQUNCIAS E DEFEITOS DECORRENTES [Taylor, p. 130-132] Mostrar que (1) que existem trs tipos de contrao:

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----------------------------------------------------------------------------------------(1) do metal lquido, (2) na solidificao (3) e do metal slido; ----------------------------------------------------------------------------------------(2) e que estas trs contraes tm diferente consequncias na tecnologia de lingotamento e fundio ----------------------------------------------------------------------------------------(1) a contrao do metal lquido resulta no abaixamento do seu nvel no recipiente em que ele esteja contido, (2) a contrao na solidificao em geral resulta ser discutida a seguir; (3) a contrao do metal slido, se for uniforme, resulta na contrao homognea das dimenses lineares da pea e por isso deve ser compensada pela sobreespessura de contrao como discutido adiante. ----------------------------------------------------------------------------------------(3) a contrao na solidificao, em peas no-esbeltas, em geral, pode resultar em ----------------------------------------------------------------------------------------(1) um vazio de contrao, rechupe ou chupagem [durante e aps a solidificao], (2) num ponto quente [durante a solidificao]; (3) numa deformao [depresso] da pea [em ingls, dishing] (4) e numa perfurao [ambas, durante e ps a solidificao]; (1) esta perfuraco lembra o importante fenmeno chamado de trinca a quente ou fissura a quente [e menos propriamente de trinca trmica ou fissura trmica], -------------------------------------------------------------------------------(1) embora a perfurao se deva diferena de presso entre a atmosfrica externa e o vcuo no vazio de contrao (2) e a trinca a quente se deva a foras trativas na camada fina externa recm solidificada. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[Figura 6.1, Taylor] (4) a contrao na solidificao, em peas esbeltas com seo constante, pode resultar em (1) microporos axiais [ou contrao linear central][durante e aps a solidificao]; (1) esta contrao resulta da progressividade da solidificao e do fato de que, a rea da seo sendo constante, no h direcionamento da solidificao; (2) como observa o Prof. Campbell, embora esta contrao parea formada por vrias partes desconexas, oriundas da falta de unformidade das duas frentes de solidificao que se encontram, ela na verdade um vazio s, que parece descontnuo, devido ao corte que feito para a apresentao do defeito. [Figura 6.1, Taylor] $ CONTRAO NA SOLIDIFICAO COMPENSAO E ALIMENTAO%

Mostrar (1) que existem duas grandes tcnicas para compensar a contrao durante

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a solidificao: -----------------------------------------------------------------------------------------(1) o uso de canais alimentadores, massalotes ou montantes (2) e o uso de gases [ou, alternativamente, de metais com precipitao de constituintes pouco densos que expandam, como a Gr nos ferros fundidos cinzento e nodular]; ----------------------------------------------------------------------------------------[Figura 6.31, Taylor] (2) ainda que, no caso do uso de massalote, existem duas possibilidades de se compensar a contrao, embora ambas requeiram alimentao: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) com solidificao por frente de solidificao, em casca, por camadas finas e eventualmente dirigida (2) e com solidificao com zona pastosa, pastosa, por camadas espessas e eventualmente uniforme. ----------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, 132-139] " Mostrar que (1) a ao de alimentao do massalote est associada ao direcionamento da solidificao [Figuras 6.2, 6.3, 6.4 e 6.17, Taylor] (2) e a importncia da presso nesta ao. [Figura 6.5, 6.6 e 6.7, Taylor] [Taylor, 148-149] Mostrar que (1) o massalote pode ser ----------------------------------------------------------------------------------------(1) direto [ou de topo] ou lateral, (2) aberto ou fechado [ou cego]. ----------------------------------------------------------------------------------------& DIRECIONAMENTO DA SOLIDIFICAO RECURSOS [Taylor, 139-148, 149-151] Explicar (1) o emprego dos sete recursos para direcionar a soldificaco: --------------------------------------------------------------------------------------------(1) emprego de isolantes isolantes para moldes, luvas isolantes para massalotes, ps ou compostos isolantes para massalotes; (1) isolantes para moldes, para retardar a a solidificao de uma seo da pea, geralmente tm a forma de plaquetas; [Figuras 6.2, 6.3 e 6.8, Taylor] (2) emprego de materiais exotrmicos luvas de materiais exotrmicos moldveis para massalotes, ps ou compostos exotrmicos; (1) exotrmicos para metais ferrosos so produzidos a partir de misturas de ps de xido frrico e de alumnio, que, sob o calor do metal vazado, reagem formando ferro metlico, que incorporado ao metal lquido vazado, e alumina, que sobrenada como escria [reduo aluminotrmica]. [Figuras 6.8 e 6.9, Taylor] (3) emprego de resfriadores ou escoradores resfriadores externos, incluindo aletas ou asinhas, e internos, incluindo escoradores [chapelins];

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----------------------------------------------------------------------------------------(1) o uso de resfriadores externos, que consiste em geral numa placa metlica colocada junto a cavidade do molde e formando a parede desta, em geral no consiste num grande problema pois o metal lquido ao entrar em contato com os mesmos comea a solidificar e contrai, afastando-se deles, semelhana do que acontece com o molde; (2) o uso de resfriadores internos mais problemtico pois eles devem, pelo menos em parte, fundir e caldear ao metal que est sendo fundido; qualquer parte externa destes resfriadores, formando uma excrescncia, deve ser cortada, rebarbada e ter a superfcie limpa, como ocorre com os canais de vazamento e massalotes; (1) pois essencial que os resfriadores internos tenham a sua superfcie limpa, inclusive de xidos, e seca, quando do vazamento, para no dificultar o caldeamento e no prejudicar a qualidade do metal fundido; (2) comum proteg-los, com um papel celofane, por exemplo, entre o trmino da moldagem e o vazamento, contra a umidade do molde e outras impurezas; (3) aletas ou asinhas so apndices, na forma de placas ou canais, de pequena espessura, colocados na pea, semelhana de um canal de vazamento, que servem como resfriadores externos; (4) escoradores ou chapelins so pequenas peas metlicas que servem para fixar o macho, em auxlio marcao, e tambm agem como resfriadores internos. A sua ao como resfriador pode ser necessria ou indiferente ao adequado direcionamento da solidificao; ----------------------------------------------------------------------------------------[Figuras 6.2, 6.3, 6.10, 6.11, 6.12, 6.13, Taylor] [Figura 4.9, Campbell] (4) emprego de materiais com diferentes condutibilidades trmicas [resfriadores moldveis]; [Figura 6.14, Taylor] (5) emprego de acrscimos [em ingls, padding]; (1) acrscimos so partes acrescentadas s peas fundidas pelo fundidor, que no constam do desenho original das mesmas, com a finalidade de propiciar -----------------------------------------------------------------------------------(1) seja a retirada do modelo (2) seja o adequado direcionamento da solidificao, via a variao contnua da seo da pea; -----------------------------------------------------------------------------------[Figuras 6.4 e 6.15, Taylor] (6) controle da forma, tamanho e rea de contato [ou seo de ligao] dos massalotes: (1) a forma ideal do massalote a forma esfrica, que corresponde a menor rea por volume e portanto ao mais demorado tempo de solidificao; (2) sendo a forma esfrica difcil de moldar e difcil de se colocar na pea, opta-se pela forma cilndrica; (3) em geral recomenda-se que a altura do massalote seja 1,5 vezes o dimetro do mesmo;. -----------------------------------------------------------------------------------(1) para ligas de alumnio, recomenda-se que esta razo varie de 1,5 a 2;.

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[Fuoco, p. 25] (2) para ferros fundidos cinzentos e nodulares, recomenda-se que esta razo varie de 0,5 a 1,5; [Souza Santos & Castello Branco, p. 96] -----------------------------------------------------------------------------------[Figuras 6.16, 6.18 e 6.20, Taylor] (7) controle do posicionamento do massalote, que deve seguir as seguintes regras: -----------------------------------------------------------------------------------------(1) a solidificao dirigida deve ser mantida; (1) isto significa que sees espessas no podem ser alimentadas atravs de sees finas sem que se recorra ao uso de materiais isolantes ou plaquetas exotrmicas e de resfriadores; (2) Isto tambm significa que existe um limite definido para a distncia que um massalote pode alimentar mesmo para uma seo uniforme [esta distncia frequentemente chamada de distncia de alimentao]; (2) massalotes colocados em sees planas e abertas [ou seja, de livre acesso] so mais fceis de ser removidos do que os colocados em sees curvas; (3) o vazamento atravs de massalotes no apenas melhora os gradientes trmicos mas tambm elimina a necessidade de se cortar os canais de entrada e de limpar a rea da seo de ligao; (4) a localizao dos massalotes influencia a qualidade e o custo das peas fundidas e deve, portanto, ser considerada com seriedade; (1) cada pea fundida deve ser criteriosamente analisada quanto a sua alimentao por um engenheiro qualificado e competente e no deve haver qualquer condescendncia quanto ao atendimento dos requisitos exigidos. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, 159-161] Mostrar e explicar (1) porque o emprego de luvas isolantes ou exotrmicas mais efetivo para o alumnio do que para o ferro (2) e porque no emprego de ps isolantes ou isotrmicos se d o contrrio. [Figuras 6.26, 627 e 6.28, Taylor] ' DIRECIONAMENTO DA SOLIDIFICAO CLCULO DE MASSALOTES Mostrar que (1) se tem trs casos distintos para o clculo de massalotes: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) ligas que solidificam por frente de solidificao em processos sob gravidade, que o caso de referncia tradicionalmente exposto; (2) ligas que se solidificam por solidificao pastosa em processos sob gravidade (3) e ligas que se solidificam por frente de solidificao em processos sob presso. ------------------------------------------------------------------------------------------

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MASSALOTAGEM DE LIGAS QUE SE SOLIDIFICAM POR FRENTE DE SOLIDIFICAO EM PROCESSOS SOB GRAVIDADE [Taylor, 151-158, 162-164] [Fuoco, p. 24-25] " Mostrar (1) que os massalotes para serem efetivos devem atender a trs critrios, requisitos ou exigncias: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) trmico, ou seja, solidificar aps a pea; [Figura 6.21a, Taylor] (2) volumtrico, ou seja, Ter suficiente metal lquido para compensar a contrao da pea [Figura 6.21b, Taylor] (3) e da distncia de alimentao ou do raio de ao, ou seja, gerar um gradiente negativo de temperatura capaz de alcanar toda a regio da pea que ele deve alimentar. [Figura 6.29, Taylor] ----------------------------------------------------------------------------------------(2) que (1) o critrio trmico [para moldes isolantes e lingoteiras] pode ser aferido pela regra de Chvorinov, ts = K (V/A)2 [Figura 6.21a, Taylor] (2) que o critrio volumtrico pode ser aferido (1) por grficos empricos [como o grfico de Caine, para aos] [Figuras 6.22, 6.23 e 6.24, Taylor] (2) ou, equivalentemente, pela frmula de Taylor [massalote cego, sem resfriadores ou material isolante], (1 - ) VR = AR + VC AC onde = contrao de solidificao [cerca de 0,03 para o ao], [Figura 6.25, Taylor] (3) que o critrio da distncia de alimentao ou do raio de ao pode ser aferido pelas regras de Pellini [do Naval Research Laboratory]; [Figura 6.30, Taylor] (3) que o massalote deve ser cilndrico e ter relao H/D de 1,5 a 2. [Figura 6.16, Taylor] MASSALOTAGEM DE LIGAS QUE SE SOLIDIFICAM POR ZONA PASTOSA EM PROCESSOS SOB GRAVIDADE [Fuoco, p. 25-26] Mostrar (1) que nestas circunstncias uma alternativa seria a de diminuir a tendncia formao de rechupes aumentando a formao de microrechupes [ou seja, empregar a tcnica de dispersar os poros, nas partes finas e grossas da pea, indistintamente, por uma

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solidificao uniforme]; (2) que o clculo dos massalotes nesta situao consideraria apenas a alimentao da contrao lquida; podendo ----------------------------------------------------------------------------------------(1) ter tempo de solidificao inferior ao da pea [ou seja, no obedecer o requisito trmico]; (2) volume muito menor [ou seja, no obedecer o requisito volumtrico] (3) e distncia de alimentao considerada infinita [ou seja, no obedecer o requisito da distncia de alimentao]. ----------------------------------------------------------------------------------------(3) que este o caso das ligas Al-Si hipoeutticas fundidas em areia e dos ferros fundidos, particularmente os cinzentos. MASSALOTAGEM DE LIGAS QUE SE SOLIDIFICAM POR FRENTE DE SOLIDIFICAO EM PROCESSOS SOB PRESSO [Fuoco, p. 24] Mostrar que, (1) no caso bastante particular da fundio sob presso, (1) os canais tm duas funes: ------------------------------------------------------------------------------------(1) vazar, para o que devem garantir um fluxo homogneo de metal e que preencha a pea em curtos intervalos de tempo [para garantir preenchimento] (2) e alimentar, j que neste caso o vazamento e a alimentao so feitos pelos mesmos canais. -----------------------------------------------------------------------------------(2) os canais devem ------------------------------------------------------------------------------------(1) ter dimenses proporcionais s massas da pea, evitando a ocorrncia de emendas [ou juntas frias], (2) ter normalmente ataques em faca, com espessura proporcional s massas a serem preenchidas, (3) e ser proporcionais s partes grossas da pea, para que estas no se solidifiquem isoladamente, desenvolvendo rechupes localizados. -----------------------------------------------------------------------------------( VAZAMENTO CONCEPES VAZAMENTO E ALIMENTAO Mostrar (1) a diferena entre ----------------------------------------------------------------------------------------(1) o vazamento [que provimento de metal lquido para preencher a cavidade do molde previamente solidificao] (2) da alimentao [que o provimento de metal lquido durante a solidificao, para compensar a contrao da cavidade do molde relativa pea]. ----------------------------------------------------------------------------------------(2) a funo do sistema de vazamento [sistema de canais] permitir o preenchimento da cavidade do molde sem degradar a qualidade do

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metal. ATAQUE POR CIMA, PELO MEIO E POR BAIXO [Taylor, 173-178] Mostrar que (1) uma pea pode ser atacada ----------------------------------------------------------------------------------------(1) por cima, (2) pelo meio (3) e por baixo. ----------------------------------------------------------------------------------------(2) o ataque por cima ---------------------------------------------------------------------------------------(1) tem a grande vantagem de prescindir de canais (2) mas leva a mais severa eroso do molde, formao de respingos [e gotas frias] e turbulncia, (3) alm de ter a vantagem de colocar o derradeiro metal, o mais quente, no massalote. ---------------------------------------------------------------------------------------[Figuras 7.2 e 7.3, Taylor] (2) o ataque pelo meio ----------------------------------------------------------------------------------------(1) tem a vantagem de facilitar a moldagem dos canais (2) e de atenuar, sem eliminar, de todo, a severidade da eroso do molde, formao de respingos [e gotas frias] e turbulncia (3) e tambm tem a vantagem de colocar o derradeiro metal, o mais quente, no massalote. ---------------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.4, Taylor] (3) o ataque por baixo ----------------------------------------------------------------------------------------(1) tem a desvantagem de dificultar a moldagem dos canais (2) mas diminui, ao mximo, a severidade da eroso do molde, da formao de respingos [e gotas frias] e da turbulncia, (3) e tambm a devantagem de colocar o derradeiro metal, o mais quente, na pea e no no massalote, alm de, no caso, de ligas de alto ponto de fuso, como os aos, causar aquecimento excessivo do molde junto do canais de ataque, podendo vir a prejudicar a pea devido a deteriorao do molde devido ao excesso de calor e ao prprio ataque qumico do metal; (1) esses inconvenientes podem ser contornados pelo ataque atravs de um massalote lateral. [Figuras 7.5 e 7.6, Taylor] ----------------------------------------------------------------------------------------" Mostrar que (1) os respingos e a turbulncia so responsveis ----------------------------------------------------------------------------------------(1) pela formao de incluses [em metais oxidveis] (2) e pela m qualidade superficial do metal solidificado. ----------------------------------------------------------------------------------------(2) existe uma velocidade crtica de entrada do metal na cavidade do molde [que para o alumnio 0,5 m/s], acima da qual a qualidade mecnica do

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metal solidificada prejudicada. [Figura 7,24, Taylor] [Figura, p. 106, Fuoco] (3) por essas duas razes que o Prof. Campbell enfaticamente recomenda sistemas de ataque por baixo [despressurizados ou de baixa presso] para todos os metais. [Figura 2.5, Campbell] Mostrar que (1) nos ataques por cima, pelo meio e por baixo, alguns dos problemas apontados podem ser resolvidos, no todo ou em parte pelo emprego dos seguintes recursos: ----------------------------------------------------------------------------------------ataque por cima pencil-gate ----------------------------------------------------------------------------------------ataque pelo meio touch gate ----------------------------------------------------------------------------------------ataque por baixo ataque atravs de horn gate step gate massalote lateral ----------------------------------------------------------------------------------------(2) no caso do emprego de machos, principalmente em pea cilndricas, se recomenda evitar o ataque que lance o jato de metal diretamente no macho, pelo emprego de um ataque tangencial. [Figura 20.2e, Taylor] ) VAZAMENTO SISTEMAS DE VAZAMENTO TURBULNCIA [Campbell, p. 19-20]%

Mostrar que (1) existem dois tipos de turbulncia, ----------------------------------------------------------------------------------------(1) turbulncia interna, que ocorre quando as foras cinticas sobrepujam as foras viscosas; (2) turbulncia superficial, que ocorre quando as foras cinticas sobrepujam as foras de tenso superficial; ----------------------------------------------------------------------------------------(2) num duto fechado s ocorrer a turbulncia interna; num aberto podem ocorrer ambas, a interna e a superficial; (1) e que neste caso pode ocorrer turbulncia superficial sem que ocorra turbulncia interna e turbulncia interna sem que ocorra a superficial; (3) o critrio para a ocorrncia da turbulncia interna expresso em funo do Nmero de Reynolds Re e o da turbulncia superficial em funo do Nmero de Weber We Re = V d We = V2 r (1) assim, para

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----------------------------------------------------------------------------------------------Re We se tem ----------------------------------------------------------------------------------------------< 2.000 < 0,2 - 0,8 Escoamento laminar 2.000 - 20.000 Escoamento crescentemente turbulento > 20.000 100 Escoamento severamente turbulento 100.000 Atomizao [sob presso] ----------------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, 172-173] SISTEMAS DE VAZAMENTO Mostrar que (1) o sistema de vazamento constituido essencialmente por quatro elementos: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) funs [ou bacias] de vazamento; (2) canal de descida [geralmente um nico]; (3) canais de distribuio [um ou mais, mas geralmente um ou dois] (4) e canais de ataque [um ou mais, podendo ser em nmero maior que os canais de distribuio] ----------------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.1, Taylor] [Taylor, 185-189] (2) podem ser (1) convergentes ou pressurizados [respectivamente, porque a rea da seo transversal nunca aumenta, permanecendo constante ou diminuindo, e porque a presso do metal lquido mantida elevada]; -----------------------------------------------------------------------------------(1) os sistemas convergentes ou pressurizados tm razes de reas [da base do canal de descida, do canal de distribuio e do(s) canal(is) de ataque] do tipo A-B-C com A B C; (2) os sistemas convergentes ou pressurizados normalmente apresentam, canal de distribuio na caixa de cima e canal de ataque na caixa de baixo. -----------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.16, Taylor] (2) divergentes ou despressurizados [respectivamente, porque a rea da seo transversal nunca diminui, permanecendo constante ou aumentando, e porque a presso do metal lquido mantida baixa]; -----------------------------------------------------------------------------------(1) Os sistemas convergentes ou pressurizados tm razes de reas do tipo A-B-C com A B C, sendo muito comum o uso de razes do tipo A-B-B com A B. (2) Os sistemas convergentes ou pressurizados normalmente apresentam, canal de distribuio na caixa de cima e canal de ataque na caixa de baixo. -----------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.17, Taylor] (3) devem ser projetados ----------------------------------------------------------------------------------------(1) hidrodinamicamente [em ingls, streamlined], para evitar aspirao

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de ar e gases e turbulncia, (2) e com recursos para -----------------------------------------------------------------------------------(1) evitar a oxidao (2) e eliminar as escrias e borras [ou drosses]. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, 180-184] (4) os principais problemas relativos ao escoamento do metal nos canais [que hidrodinamicamente so dutos fechados] so: [Figuras 7.13 e 7.23, Taylor] ----------------------------------------------------------------------------------------(1) mudanas abruptas [com cantos vivos] de seo, [Figura 7.14, Taylor] (2) mudanas abruptas [com cantos vivos] de direo [Figura 7.12, Taylor] (3) e queda livre em dutos verticais, [Figura 7.15, Taylor] ----------------------------------------------------------------------------------------e que nestes casos os principais recursos para evitar a turbulncia, com aspirao de ar ou gases e oxidao, so o emprego de ---------------------------------------------------------------------------------------(1) mudanas gradativas de seo, guardando a proporcionalidade da vazo em bifurcaes, [Figura 7.23 e 718, Taylor] (2) mudanas de direo com raios de curvaturas, [Figura 7.12c, Taylor] (3) dutos verticais [canais de descida] com conicidade, cantos arredondados, poo e/ou macho suavizador do fluxo, este para o caso de bifurcao, [Figuras 7.15, 20.5 e 7.25, Taylor] --------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, 190-193] (5) os principais recursos para eliminar as escrias ou borras so o emprego de ----------------------------------------------------------------------------------------(1) bacias com sifo ou escumadores, [Figura 7.11, Taylor] (2) canais de escuma [Figura 7.19, Taylor] (3) e de refratrios perfurados, telas e filtros cermicos, sendo os filtros de longe os mais eficientes, particularmente para incluses finas. [Figura 20.2i, 7.20 e 7.21, Taylor] ----------------------------------------------------------------------------------------Mostrar que (1) o sistema de vazamento pode ser mais complexo do que o sistema essencial descrito acima; (2) pois pode conter os seguintes elementos ancilares para exercer as seguintes funes: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) elementos que permitem o escape do ar e de gases dos moldes:

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-----------------------------------------------------------------------------------(1) respiro [em ingls, vent ou whistler]: um pequeno canal que parte do topo da cavidade do molde e permite que o ar e os gases provenientes do molde escapem a medida que o metal preenche o molde. (2) [em ingls, flow-off, pop-off e strain relief]: um grande respiro usualmente localizado no ponto mais elevado da cavidade do molde. Alm de permitir o escape de ar e gases do molde a medida que o metal preencha a cavidade do molde, o flow-off preenchido por metal e age aliviando o sbito aumento de presso que ocorre ao final do vazamento. -----------------------------------------------------------------------------------(2) elementos que permitem o alvio de presso; ------------------------------------------------------------------------------------(1) [em ingls, relieve sprue]: um canal vertical, do tamanho aproximado do canal de descida, conectado ao canal de distribuio para aliviar o aumento de presso durante o vazamento. Funciona como um standpipe num sistema hidrulico. (2) [em ingls, flow-off, pop-off e strain relief]: um grande respiro usualmente localizado no ponto mais elevado da cavidade do molde. Alm de permitir o escape de ar e gases do molde a medida que o metal preencha a cavidade do molde, o flow-off preenchido pelo metal e age aliviando o aumento sbito de presso que ocorre no final do vazamento. -----------------------------------------------------------------------------------(3) elementos que ajudam a eliminar sujeira, escria ou borra: -----------------------------------------------------------------------------------(1) cata-lixo [em ingls, runner extension]: parte do canal de distribuio que se estende alm do ltimo canal de ataque semelhana de uma rua sem sada. Age como um retentor de sujeira uma vez que o primeiro jato de metal que percorre o canal de distribuio ir incorporar qualquer gro solto de areia ou de qualquer outra sujeira que encontrar e os levar para o catalixo ao invs de lev-los para a cavidade do molde. (2) [em ingls, skim bob]: um pequeno bolso voltado para cima que e aplica ao canal de ataque a 2,5 a 5 cm da cavidade do molde e que age como um retentor de sujeira. (3) [em ingls, shrink bob]: uma bolsa que exerce o duplo papel de um retentor de escria ou borra e de reservatrio de metal para alimentar a pea medida em que ela contraia. (4) canal escumador [em ingls, whirl gate]: um sistema de alimentao no qual o metal entra tangencialmente num reservatrio circular, e consequentemente sofre um turbilhonamento, de maneira a deixar sujeira ou escria para trs [na realidade elas so eliminadas para cima no canal escumador] antes de penetrar na cavidade do molde. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Mostrar que (1) alm das trs posies clssicas de ataque, existem outros recursos de vazamento e ataque das peas, ----------------------------------------------------------------------------------------(1) seja pelo emprego de sistemas de canais especiais

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(2) seja pelo emprego da manipulao do molde. ---------------------------------------------------------------------------------------- SISTEMAS DE CANAIS ESPECIAIS Mostrar que (1) os principais sistemas de canais especiais so: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) pencil-gate, canal em lpis ou ataque tipo chuveiro, (2) touch gate ou kiss gate e o knife gate, (3) horn gate ou canal em chifre, (4) step gates e o trombone gate, ou ataque misto. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, p. 174-175] [Campbell, p. 47-48] (2) o pencil-gate, tambm chamado em portugus de sistema de ataque tipo chuveiro e mais raramente de canal em lpis -- um recurso que visa a atenuar os grandes inconvenientes do ataque por cima; (1) de fato, muitos cilindros de grande porte para uma grande variedade de indstrias so feitos de ferro fundido cinzento em moldes de areia verde ou moldes de barro; -----------------------------------------------------------------------------------(1) quando o cilindro macio ele frequentemente atacado por baixo em sua base tangencialmente; (2) quando o cilindro vazado, se no for muito grande e espesso, ele pode ser centrifugamente vazado; (3) ou ento produzido por vazamento por cima, utilizando os canais tipo chuveiro; -----------------------------------------------------------------------------------(2) a Figura 2.19(c) representa um corte atravs de um molde para um tal cilindro [estas peas podem pesar acima de 60 t e apresentar dimenses de at 5 m de dimetro e 5 m de comprimento, com espessuras de parede de 80 mm]; (1) elas so fundidas por vazamento num canal distribuidor circular aberto e pela introduo vagarosa do metal no molde por uma srie de orifcios circulares, os canais em lpis; (2) assim, o metal sofre queda livre ao longo de toda a altura da cavidade do molde e gradualmente forma a pea fundida; (1) a combinao metal-molde tal que tolera a turbulncia superficial, particularmente tendo em vista a elevada espessura da pea; (3) o tempo de solidificao, que excede 30 min, suficiente para flutuar e separar com eficincia os xidos introjetados pela turbulncia dos jatos de metal; (4) a geometria da solidificao se assemelha ao do lingotamento contnuo; (1) o crescimento lento e controlado da pea fundida assegura que o gradiente de temperatura seja elevado e portanto favorvel a uma boa alimentao da pea; (5) o massalote no topo da pea portanto mnimo, uma vez que a pea j estar bastante solidificada quando o massalote vier a ser preenchido pelo metal lquido; (3) de uma maneira geral pode-se dizer que ataque por cima, desta

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maneira, utilizando o pencil-gate, (1) s deve ser bem sucedido em condies particulares, envolvendo: -------------------------------------------------------------------------------(1) ferro fundido cinzento; (2) sees acentuadamente espessas; (3) moldes de areia verde como descritos acima. ------------------------------------------------------------------------------(2) no deve ser usada para qualquer combinao molde-metal que forme pelculas superficiais; [Figura 7.3, Taylor, e Figura 2.19(c), Campbell] ---------------------------------------------------------------------------------------------[Campbell, p. 46-47] (3) o touch gate ou kiss gate e o knife gate so recursos que simplificam o ataque pelo meio, permitindo ----------------------------------------------------------------------------------------(1) um rpido corte do canal, por quebra, o que aumenta a produo e reduz o custo de corte, a perda de metal envolvida na serrao e o custo de acabamento [em muitos casos no necessrio rebarbar, mas apenas soprar granalha], (2) um acrscimo de 20 a 50% de pea fundida por molde [devido eliminao do canal] (3) e uma certa quantidade de alimentao pelo canal [porque o canal, alm de ser pr-aquecido pelo metal quente que escoa por ele, est to prximo do canal de distribuio e da pea fundida que no chega a ter, do ponto de vista trmico, uma existncia prpria e separada]; ----------------------------------------------------------------------------------------(1) no touch gate ou kiss gate se tem apenas um pequeno contato, tipicamente de 0,8 a 1,2 mm, entre a fonte do metal e a cavidade do molde, Figura 2.19(a); (1) saliente-se, no entanto, que um contato de 2,5 mm j dificulta a quebra do canal, negando a sua mais importante vantagem; (2) por outro lado, com um canal to estreito, variaes de apenas 0,1 mm, devido ao desalinhamento das caixas pode ser um problema; (2) no knife gate o problema acima referido resolvido pela adio de um pequeno canal pea fundida, ambos situados na caixa de cima, de maneira que a geometria do canal fixa, independentemente do desalinho; (3) em princpio, o sistema s funciona -----------------------------------------------------------------------------------(1) para peas fundidas maicas e resistentes, (2) ou para ligas quebradias como ferro fundido cinzento, (3) mas existem relato de experincia bem sucedidas com ligas de alumnio;. ------------------------------------------------------------------------------------[Figura 2.19(a) e (b), Campbell] --------------------------------------------------------------------------------------------[Campbell, p. 48] (4) o horn gate, tambm chamado em portugus de canal em chifre uma forma simplificada de ataque por baixo, representando um recurso tradicional do moldador em areia verde para fazer uma conexo fcil e rpida do canal de descida at base da cavidade do molde sem a necessidade de utilizar (1) um macho ou (2) um plano adicional de

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apartao, uma vez que o modelo do canal pode ser retirado pela sua remoo lenta do mesmo seguindo a sua forma curva; (1) embora seja um recurso engenhoso, o seu uso, seja na forma direta ou reversa, no recomendado de fato, (1) na forma direta ele causa a formao de um forte jato quando da entrada do metal lquido na cavidade do molde, de tal sorte que o primeiro jato, aps perfazer um gracioso arco no ar, se choca esparradamente com molde, algo afastado do canal de entrada, formando uma turbulenta e conturbada poa de metal lquido; (2) na forma reversa, empregada numa tentativa de se evitar o problema acima descrito na forma direta, tanto o preenchimento irregular da primeira metade do canal pelo metal escoando para baixo de maneira incontrolada quanto o alagamento no vale do canal no constituem condies satisfatrias para metais suscetveis a formao de pelculas superficiais; (2) o canal em chifre pode, no entanto, ser considerado um recurso tolervel para peas em ferro fundido cinzento em molde de areia verde. [Figura 2.19(d), Campbell] --------------------------------------------------------------------------------------------[Taylor, p. 179-180] (5) os step gates e o trombone gate, tambm conhecidos em portugus como ataque misto projetados para apresentarem as vantagens do ataque por baixo e corrigir os aspectos negativos do mesmo;. (1) nos step gates (1) idealmente o metal escoaria primeiro atravs do canal de ataque inferior at que a cavidade do molde fosse preenchida ao nvel do canal de ataque imediatamente acima do inferior; neste ponto de se esperar que o escoamento passe a se dar por esse segundo canal de ataque e assim sucessivamente at que o metal preenchesse por completo o molde;. (1) este procedimento hipoteticamente colocaria o ltimo metal a ser vazado, o mais quente, no massalote; (2) na prtica, os step gates no funcionam desta maneira ideal; a inrcia do metal que cai pelo canal de descida faz com que ele passe pelos canais de ataque mais elevados e com que praticamente todo o metal escoe pelo canal inferior; (1) segundo Taylor et al., pela inclinao dos canais de ataque para cima, com um dado ngulo em relao pea fundida, e pelo projeto dos canais de ataque com resistncia relativamente maior ao escoamento nos canais inferiores, os step gates podem funcionar adequadamente; (2) no que concerne ao projeto de step gates existem dois pontos a serem assinalados; (1) infelizmente no existem frmulas que ajudem no projeto de step gates; cada projeto deve ser feito por experincia, bom senso e pela observao do desempenho dos sistemas usados para um dado metal ou liga no dia a dia; (2) tipo, tamanho e projeto de step gates costumam variar em funo do tamanho da pea a ser fundida e da temperatura do metal; [Figura 7.9, Taylor] (2) no trombone gate tem-se uma modificao do sistema de canais

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vertical que aparentemente prov um escoamento mais uniforme do metal em sucessivos nveis a medida que o molde vai sendo preenchido; [Figura 3.3, Taylor] --------------------------------------------------------------------------------------------- MANIPULAO DO MOLDE Mostrar que (1) existem diversos recursos de manipulao do molde, tais como ----------------------------------------------------------------------------------------(1) mero emprego de moldes inclinados, (2) emprego de moldes basculantes, (3) emprego da manipulao do molde propriamente dita, seja pela inverso parcial ou pela inverso total do molde. ----------------------------------------------------------------------------------------e, assim, os principais recursos de manipulao do molde so os seguintes; --------------------------------------------------------------------------------------------[Campbell, p. 69-70] (1) emprego de um molde inclinado ou seja, o uso de moldes inclinados antes do vazamento para auxiliar o preenchimento ladeira acima de peas fundidas na forma de placas; (1) muitas peas fundidas tm uma ou mais reas planas; se elas forem vazadas horizontalmente, ter-se- ento alguns problemas; -----------------------------------------------------------------------------------(1) o metal lquido correr ao acaso sobre a superfcie plana, meandrando como um rio, e como esse incapaz de se decidir como prosseguir seu avano; (1) a medida em que ele se espalha irregularmente, e diminui sua marcha, as extremidades da frente de escoamento formada pelo menisco lquido se esfria e reage com o ambiente no sentido de espessar a pelcula superficial e retardar ainda mais o escoamento; (2) na medida em que a frente de escoamento hesita, uma corrente de lquido fresca acabar por quebrar a pelcula superficial em algum ponto mais, fraco lateralmente frente de escoamento, repetindo, desta maneira, o avano interrompido; (3) entretanto, naturalmente, a corrente inicial continua a sofrer o esfriamento e o espessamento da pelcula superficial na sua extremidade; (4) eventualmente, quando a frente de escoamento atinge os estdios finais de preenchimento da placa, as reas irregulares entre partes das correntes mais antigas podem chegar a nunca a serem preenchidas, deixando hiatos na forma de cspides na pea fundida. (5) outras regies podem apenas parcialmente terem se caldeado entre si, deixando traos de superfcies de resistncia incerta; (2) diz-se que a pea fundida no foi preenchida [misrun]; (3) a soluo normal aumentar a temperatura de vazamento, mas esta soluo no recomendada;

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-----------------------------------------------------------------------------------(2) estes problemas podem ser evitados pela inclinao da rea achatada da pea fundida de maneira que ela seja preenchida ladeira acima. -----------------------------------------------------------------------------------(1) pelo preenchimento ladeira acima o metal forado a avanar niveladamente numa linha reta. Assim, nenhuma parte da frente lquida se resfria preferencialmente ou fica sujeita formao acentuada de pelcula superficial; (1) defeitos de prenchimento so assim evitados; (2) na realidade, frequentemente se observa que a temperatura de vazamento pode ser substancialmente reduzida! (2) a prtica demonstra que, em alguns casos, ngulos de apenas 3 j so suficientes para se alcanar o efeito desejado; [Figura 2.42, Campbell] -----------------------------------------------------------------------------------(3) deve-se notar que a inclinao da placa para baixo, de maneira que o metal escoe inicialmente para baixo, uma prtica deve ser evitada; esta tcnica s vezes adotada por engano; -----------------------------------------------------------------------------------(1) dependendo do ngulo de inclinao, que no naturalmente fixo, a acelerao da corrente metlica inclinao abaixo pode levar a uma velocidade suficiente para causar turbulncia superficial na base da placa; (2) a trajetria da corrente sobre a superfcie da placa tambm aquece localmente aquela rea do molde e a extremidade da corrente pode desenvolver defeitos associados a pelculas;. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------[Campbell, p. 70-71] (2) emprego de um molde basculante -- ou seja, o giro gradual ou a inverso de moldes durante o vazamento do molde, sob gravidade, evitando os piores efeitos de uma queda descontrolada do metal lquido; (1) a rotao gradual e controlada do molde permite algum grau de controle sobre o prenchimento ladeira abaixo e a posio final da pea fundida com o metal quente no topo resulta numa alimentao adequada da pea; (2) o exemplo clssico desta tcnica o Processo Durville, no qual um cadinho e o molde esto fixados em oposio um ao outro numa plataforma rotativa, com uma pequena seo de canal unindo os dois; -----------------------------------------------------------------------------------(1) o cadinho aquecido, carregado com metal e escumado at ficar livre de dross, e a plataforma girada; (2) a rotao s vezes programada para se dar a diferentes velocidades em diferentes estdios da rotao; (1) a Figura 2.43 mostra como o estdio crtico de escoamento do metal, no qual a velocidade de rotao deve ser mnima, se d dentro de aproximadamente 10 da horizontal; (2) se este estdio no devidamente controlado ento o metal lquido avana para dentro do molde como uma onda e quebra contra a face posterior do molde; -----------------------------------------------------------------------------------[Figura 2.43, Campbell]

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(3) um segundo exemplo desta tcnica o Processo Stahl para fundio em coquilha sob gravidade; [Figura 2.44, Campbell] --------------------------------------------------------------------------------------------(3) emprego de uma inverso total ou parcial do molde -- ou seja pelo vazamento do molde numa posio e, aps se completar o vazamento, pela subsequente inverso [ou inverso parcial] do molde para auxiliar a alimentao;. [Taylor, p. 178] (1) um exemplo de inverso parcial seria a fundio das mesmas peas fundidas na forma de placas, mencionadas no item referente a moldes inclinados, -----------------------------------------------------------------------------------(1) tendo-se primeiro o preenchimento [vazamento] do molde ladeira acima com o mesmo colocado, por exemplo, num ngulo de inclinao de 10 para cima, (2) seguido, aps o vazamento, de inverso de 30, para uma posio de 20 de inclinao para baixo, para a alimentao, colocando o metal quente acima do frio de maneira a dirigir a solidificao de baixo para cima em direo ao massalote e alimentar o metal lquido quente do massalote de cima para baixo at que se complete a solidificao da pea fundida; ----------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.7, Taylor] [Taylor, p. 178-179] [Campbell, p. 71] (2) o exemplo clssico de inverso total do molde a fundio de um cilindro vazado de paredes espessas, que -----------------------------------------------------------------------------------(1) vazado em p, Figura 2.45, com ataque por baixo [o que resulta naturalmente num regime trmico em que a temperatura mais elevada est na base da pea fundida e qualquer massalote de topo estaria muito frio para ser efetivo]; (2) , em seguida, aps vazamento, invertido de 180 [de maneira que o canal de distribuio venha a agir como alimentador, o que pode exigir que ele seja projetado algo maior para exercer esta nova funo, o que se far naturalmente porque ele estar superaquecido e porque os gradientes de temperatura na pea fundida esto favoravelmente dirigidos para o massalote]; -----------------------------------------------------------------------------------[Figura 7.8, Taylor; Figura 2.45, Campbell] -------------------------------------------------------------------------------------------- SISTEMAS DE CANAIS DE VAZAMENTO%

Mostrar que (1) Segundo o Prof. Campbell, as caractersticas de um bom sistema de vazamento so cinco: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) economia de tamanho; (2) facilidade de remoo; (3) preenchimento do molde com o metal lquido penetrando na cavidade com velocidade adequada;

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(4) eliminao da turbulncia superficial; (5) preenchimento da cavidade do molde por apenas metal lquido, sem sujeira; --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(1) economia de tamanho: (1) isto aumentar o rendimento [a razo do peso da pea acabada pelo peso total vazado], permitindo que o fundidor faa mais peas fundidas de uma mesma quantidade de metal lquido; (2) pode tambm ajudar em se colocar mais peas fundidas num dado molde; (3) tais economias tm um grande efeito na produtividade e custo da fundio; (2) facilidade de remoo: (1) preferencialmente o sistema deve poder ser removido por quebra. (2) como segunda melhor opo, ele deve pode ser removido por um nico golpe de uma prensa de corte ou por um corte reto por uma serra ou por um disco de abrasivo; (3) cortes curvos gastam mais tempo e so mais difceis de serem trabalhados na rebarbao e limpeza; (4) canais internos ou protegidos podem ter que ser usinados, caso em que as despesas de se preparar a pea fundida para a usinagem pode ser evitada pelo adiamento desta operao, que seria ento feita quando da usinagem geral da pea. ----------------------------------------------------------------------------------------(3) preenchimento do molde com o metal lquido penetrando na cavidade com a velocidade adequada: (1) no mtodo proposto neste livro, o sistema de vazamento deve ser projetado de maneira que a velocidade do metal lquido nos canais de ataque estejam abaixo de um certo valor crtico -------------------------------------------------------------------------------(1).este valor varia de liga a liga; (2) para as ligas de alumnio, o valor seguro est entre 0,25-0,5 m/s e 1 m/s j um valor perigoso; -----------------------------------------------------------------------------------(4) eliminao da turbulncia superficial: (1) preferencialmente num estdio inicial do sistema de vazamento, mas com certeza ao tempo em que o metal penetra na cavidade do molde; (1) o problema aqui que quando o metal j caiu ao longo do comprimento do canal de descida para alcanar o nvel de altura mais baixo da pea fundida, sua velocidade j est acima da velocidade crtica para a ocorrncia da turbulncia superficial. (2) o sistema de vazamento deve ento controlar a fragmentao que a corrente ento apresenta e reagrupar de novo estes fragmentos numa corrente nica de maneira que ela possa entrar no molde como uma frente compacta que avana a uma velocidade suficientemente baixa de modo a impossibilitar de todo a eventualidade de uma nova fragmentao da corrente. (5) preenchimento da cavidade do molde por apenas metal lquido (1) ou seja, e no de outras fases como escria, xido [borra], areia, ar ou outros gases;

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----------------------------------------------------------------------------------------(2) na prtica geral no existe uma exigncia especfica para que o sistema de vazamente aja como um alimentador [massalote], isto , para compensar a contrao na solidificao; ----------------------------------------------------------------------------------------(1) esta funo, se realmente necessria, deve ser exercida por um canal alimentador [massalote] colocado em outra parte da pea; (2) em alguns casos possvel aplicar um sistema de vazamento que tambm atue como um canal alimentador [massalote]; ----------------------------------------------------------------------------------------(3) a Exigncia 4 enganosamente simples. (1) entretanto, a exigncia de no haver turbulncia superficial to importante, e envolve consequncias vitais e necessrias de tal ordem, que ter de ser considerada com maior detalhe: -----------------------------------------------------------------------------------(1) outros textos frequentemente se referem ao preenchimento livre de turbulncia como sendo preenchimento laminar; (1) a implicao disto que a turbulncia envolvida aqui a turbulncia definida pelo nmero de Reynolds e que portanto o critrio desejvel o escoamento volumtrico laminar do lquido; (2) foi visto que no a turbulncia volumtrica que relevante -o escoamento volumtrico turbulento do lquido pode ser acompanhado por escoamento laminar na superfcie; (3) portanto, desde que nos asseguremos que por preenchimento laminar ns entendemos escoamento superficial laminar, ento ns Teremos nossos conceitos e nosso pensamento corretos. (2) a Exigncia 4 claramente violada por respingamentos durante o preenchimento; (1) pode-se ver imediatamente que ataque por cima ser sempre ruim [a exceo sendo peas com paredes muito finas nas quais a tenso superficial controla a turbulncia superficial]; (2) as Figuras 2.3 e 2.5 ilustram sistemas de vazamento ruins nos quais o metal entra tanto do topo quanto do meio e ento est sujeito a queda livre e esborrachamento na cavidade do molde; (3) sistemas com ataque por baixo so sempre necessrios quando se quer eliminar a turbulncia superficial. [Figuras 2.3 e 2.5, Campbell] (3) entretanto, embora o ataque por baixo seja necessrio, ele no um critrio suficiente; (1) fcil projetar um sistema com ataque por baixo ruim! (2) por exemplo, comum se ver orgulhosamente exibidos sistemas de ataque por baixo nos quais a base do canal de distribuio est diretamente voltada para a cavidade do molde de maneira que o metal entre diretamente no molde, Figura 2.6; (2) tais sistemas so compactos e parecem ser econmicos at que os dados de porcentagem de refugos so examinados. (3) a sequncia de eventos clara quando se considera a queda do primeiro lquido ao longo da altura do canal de descida: --------------------------------------------------------------------------(1) a alta velocidade do metal no seu impacto com a base no pode ser contida;

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(2) o esborrachamento resultante pode ser assemelhado a uma exploso de gotas a alta velocidade projetadas diretamente contra o molde; (3) o grosso do metal acompanha de uma maneira desorganizada, misturado com ar e gases do molde, e ricocheteia da parede oposta, causando mais turbulncia superficial a medida que a onda refletida se fragmenta e aspira mas gs. (4) a eliminao das bolhas aspiradas por irrupo quando elas sobem at a superfcie do lquido causa a criao de respingos; (5) a reassimilao dos respingos de volta ao grosso do lquido naturalmente entranha xido por inundao da superfcie; [Figura 2.6, Campbell] --------------------------------------------------------------------------(4) importante, portanto, projetar o canal de descida com cuidado de maneira que ele seja rapidamente preenchido, eliminando o ar to rapidamente quanto possvel e desenhar a base do canal de maneira a eliminar o impacto inicial do lquido, Figura 2.7; (1) este ponto do sistema de vazamento deve tambm ser o ponto mais baixo do sistema; tendo atingido aqui, todo escoamento subsequente do lquido deve ser para cima, deslocando o ar a frente num avano progressivo e controlado; (2) o lquido deve se encontrar num sistema em expanso, que diminua sua velocidade a medida que escoa, e que lhe d o mximo de oportunidade para se torne quiescente antes de entrar no molde; (3) Este conhecido como um sistema de vazamento despressurizado, e caracterizado por canais que se expandem progressivamente a cada estdio, diminuindo assim a velocidade do metal a cada estdio, antes de entrar no molde; (1) este o nico tipo de sistema de vazamento recomendado % neste texto; [Figuras 2.7, Campbell] (4) a Exigncia 5 importante: somente o metal lquido deve penetrar na pea fundida. (1) assim, todas as bolhas aspiradas pela turbulncia superficial que caracterizam a primeira parte do sistema de vazamento j deveriam ter sido eliminadas neste estdio; (1) se o sistema de vazamento inadequado, e bolhas ainda esto presentes, sua asceno e irrupo na superficie do lquido viola a Exigncia 4; (2) esta violao resulta em vrios problemas, inclusive -------------------------------------------------------------------------------(1) trilhas de bolhas, (2) defeitos de respingos [gotas frias] (3) e reteno de nuvens de bolhas menores que ficam aprisionadas sob a pelcula de xido do metal que ascende; (1) estas causam concentraes de poros de tamanho intermedirio [0,5-5 mm de dimetro] em locais especficos da pea fundida, usualmente nas superfcies

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superiores acima dos canais de ataque; -------------------------------------------------------------------------------(2) o outro ponto na Exigncia 5, que borra [dross] ou escria, no entre na cavidade do molde interessante; (1) na produo de peas fundidas normal colocar o canal de distribuio na caixa de cima e os canais de ataque na caixa de baixo, como ilustrado na Figura 2.3; (1) o pensamento atrs do projeto deste sistema que a escria flutuar at o topo do canal de distribuio e assim no entrar nem nos canais de ataque nem na pea fundida; (2) este pensamento enganoso porque fica claro que ao menos alguma parte do primeiro metal a entrar no canal de distribuio entrar no primeiro canal de ataque que ele encontrar, levando consigo no apenas a primeira escria mas tambm ar; (3) esta entrada prematura do primeiro metal no molde antes que o canal de distribuio esteja cheio claramente insatisfatria o metal no teve tempo para se assentar e organizar a remoo da dross, xido e bolhas; (2) um sistema mais satisfatrio mostrado na Figura 2.4, no qual o canal de distribuio est na caixa de baixo e os canais de ataque na caixa de cima; (1) neste sistema o canal de distribuio tem que encher primeiro antes do canal de ataque ser alcanado; (2) ento o metal tem um curto mas valioso tempo para se livrar das bolhas e dross, a maior parte das quais pode estar aprisionada no retentor de escria ou contra a superfcie superior do canal de distribuio; (3) apenas uma quantidade limitada de escria ou dross estar infelizmente posicionada para entrar no canal de ataque; (4) se a velocidade do metal na canal de ataque no for muito elevada , mesma esta escria tem uma boa chance de ser retida contra a superfcie superior do canal de ataque e assim no entrar na pea fundida.%

[Campbell, p. 35] Mostrar que (1) como foi visto, o Prof. Campbell defende a utilizao de sistemas nopressurizados, com ataque por baixo, na produo de todos os metais de qualidade. (2) segundo ele, o fundidor de ferro fundido, que aprendeu e se acustumou a utilizar sistemas pressurizados, naturalmente perguntar: E os sistemas pressurizados? (1) para ajudar o leitor, um sistema de vazamento pressurizado um em que o escoamento do metal estrangulado no canal de ataque, isto , um em que a velocidade de escoamento para dentro do molde controlada pela rea do canal de ataque, que o ltimo elemento do sistema de vazamento; (2) isto faz com que o sistema de vazamento fique cheio a partir deste ponto, e se pressurize, e consequentemente force o metal para dentro do molde na forma de um jato; (3) este sistema claramente viola uma das principais regras, uma vez que o metal penetra no molde com velocidade superior a velocidade crtica;

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(4) nele, o impacto e respingos resultantes e outras formas de turbulncia superficial interferiro com a qualidade do molde e da pea fundida; (5) no entanto, o fundidor tradicional insistir que ele trabalhou com esse sistema toda a sua vida e que sempre soube que este sistema satisfatrio, e que nada aconteceu que o faa pensar o contrrio, que tal sistema no seja perfeitamente satisfatrio. (3) existem vrias respostas para isto, embora se saiba que a indstria no as aceitar facilmente; (1) nos dias de vazamento do ferro fundido cinzento em moldes de areia verde os problemas advindos da turbulncia superficial eram minimizados pela tolerncia do sistema metal-molde envolvido; (1) de fato, muitas peas fundidas eram produzidas pelo vazamento do metal no topo do molde aberto, sem que se usasse qualquer sistema de vazamento, Figura 2.2a! (2) hoje em dia, com o uso de poliuretano e outros aglomerantes de macho e aditivos para moldes que formam pelculas superficiais no metal, e consequentemente reduzem a sua tolerncia turbulncia superficial, os sistemas pressurizados esto produzindo defeitos em linhas de produo que antes trabalhavam satisfatoriamente; (3) este problema tem se tornado mais premente a medida em que se torna crescentemente mais comum a adio de elementos de liga como magnsio e cromo aos ferro fundidos; [Figura 2.2a, Campbell] (2) por outro lado, nos timos anos o padro de qualidade exigido das peas fundidas cresceu numa proporo que choca e mesmeriza o fundidor tradicional; (1) assim, enquanto que o sistema pressurizado antes era satisfatrio, agora ele precisa ser revisado; (2) o alcance da qualidade agora est sendo monitorado no por inspeo mas por controle de processo; (3) turbulncia durante o preenchimento introduz um fator incapaz de ser controlado (4) isto, em ltima instncia, ser inaceitvel. (5) reprodutibilidade do processo de fundio s poder ser garantida por sistemas que so preenchidos com escoamento superficial laminar; (1) no faz muito, isto s era possvel de ser alcanado com o emprego de sistemas do tipo baixa presso, com ataque e preenchimento por baixo; (2) hoje em dia, como ser visto, pode-se alcanar resultados praticamente idnticos com sistemas sob gravidade desde que eles tenham sido corretamente projetados; (3) finalmente, a to decantada queda no rendimento devido ao uso de sistemas despressurizados parece ser mais aparente do que real, principalmente quando a reduo nas peas sucateadas e no retrabalho das peas forem apropriadamente computados. * VAZAMENTO FUNDAMENTOS DO CLCULO DO SISTEMA DE VAZAMENTO Mostrar que (1) o caso clssico de referncia para o estudo quantitativo dos sistemas de vazamento o sistema pressurizado;

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(2) que neste caso se usam os seguintes princpios da mecnica dos fluidos: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) a lei da conservao da massa ou equao da continuidade:

Q = v1 A1 = v2 A2 = constante (2) a lei da conservao da energia ou equao de Bernouilli: E = h1 + v12/2g + P1/ + B1 = h2 + v22/2g + P2/ + B2 = constante Onde: E = energia em unidades de comprimento (para facilitar o clculo) B = termo relativo a perdas por atrito, turbulncia e transmisso de Calor ----------------------------------------------------------------------------------------(3) que podem aplicados ao problema do clculo da velocidade no ponto de efluxo (correspondente velocidade de entrada do metal lquido na cavidade do molde) nos trs seguintes casos, ilustrados nas figuras das pginas Seguintes: -----------------------------------------------------------------------------------(1) bacia com nvel constante e lquido quiescente, no qual os termos de energia cintica e de energia de presso so nulos, caso em que v = 2gh (2) bacia com nvel constante e sendo alimentada com um jato de metal lquido, no qual apenas o termos de energia de presso nulo, caso em que v = (2g + v12) h (3) bacia com nvel constante e sendo pressionado por uma placa com presso P, no qual apenas o Termos de energia cintica nulo, caso em que v = (1 + P/) 2gh ----------------------------------------------------------------------------------------(3) que a estratgia para a soluo do problema clssico a seguinte: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) considerar que a rea da base do canal de descida funciona como um estrangulamento no escoamento do metal lquido, regulando o seu fluxo; v = 2gh (2) considerar a frmula que expressa o preenchimento da cavidade do molde (na realidade do molde + massalotes): QT=vAT=V

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CLCULO DAS VELOCIDADES DE PREENCHIMENTO DA CAVIDADE DO MOLDE PELA EQUAO DE BERNOUILLI

P1 = P2 = 1atm v1 = 0

P1 = P2 = 1 atm v1 > 0

P1 = P > P2 = 1 atm v1 = 0

1 v12 2

P=F A

v = 2gh

v = 2gh + v12 2gh

v = 2gh + P/

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PRESSO DE PRENCHIMENTO NOS PROCESSOS DE FUNDIO

PRESSO (P) PROCESSO psi kgf/mm2 kgf/cm2 (bar) 0,02 2,1 AUTOR Pa 103 atmORDEM DE GRANDEZA (atm)

GRAVIDADE

0,29

0,0002

0,0197

1/50

Campbell

VAZAMENTO ASSISTIDO PELO VCUO

14,50

0,020

1,0

100

103

0,987

100

Campbell

BAIXA PRESSO

3,00 a 15,00 3,00 a 9,00 7,25 a 21,75

0,002 a 0,010 0,002 a 0,060 0,005 a 0,015

0,2 a 1,0 0,2 a 0,6 0,5 a 1,5

20 a 100 103 20 a 60 103 50 a 150 103 100 a 1000 103

0,20 a 1,00 0,20 a 0,60 0,49 a 1,48

10

0

Foseco Campbell Fuoco

CENTRFUGA

14,05 a 140,50

0,020 a 0,200

1,0 a 10,0

0,987 a 9,87

100-101

Campbell

CMARA QUENTE SOB PRESSO

1,0 a 2,0 103 < 0,6 103 0,3 a 4,0 103 < 30 103 > 20 103 4 a 15 103 3 a 14,5 103 14,5 103

0,69 a 1,38 0,41 0,21 a 2,76 20,70 13,80 2,67 a 10,34 2,00 a 10,00 10,00

69 a 138 41 21 a 276 2 070 1 380 267 a 1034 200 a 1 000 1 000

6,9 a 13,8 106 4,1 106 2,1 a 27,6 106 207 138 27 a 103 20 a 100 100 106 106 106 106 106

68,1 a 136,2 40,9 20,4 a 272,4 2 042 681 277 a 1 052 205 a 1 021 1 021

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Heine et al. Taylor et al. Davies Heine et al. Taylor et al. Davies Foseco Campbell

CMARA FRIA

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vAT=V 2gh A T = V A= 1V 1 2h T H

verificando que o volume da cavidade V e a altura do topo da bacia at a rea do p do canal de descida H so ambos facilmente calculveis e que o tempo de preenchimento do molde T portanto o parmetro crtico a ser estipulado, (3) considerar que existem algumas restries que permitem o clculo do tempo de preenchimento do molde T; [Teixeira de Mello, p. 27-30] (1) segundo o texto adotado para projeto: ------------------------------------------------------------------------------(1) para ligas vazadas por cima (pouco oxidveis) que se solidificam por camadas finas o vazamento deve ser lento para facilitar a obteno da solidificao dirigida (pequena vazo) o tempo de preenchimento do molde deve ser tal que quando o metal da superfcie iniciar a sua solidificao o metal do fundo j deve estar em processo de solidificao; (2) para ligas vazadas por cima (pouco oxidveis) que se solidificam por camadas espessas o vazamento deve ser rpido para facilitar a obteno da solidificao uniforme (grande vazo) o tempo de preenchimento do molde deve ser tal que Quando o metal da superfcie iniciar a sua solidificao o metal do fundo ainda deve estar no estado lquido; (3) para ligas vazadas por baixo (muito oxidveis) o vazamento deve ser muito rpido (vazo muito grande) o tempo de preenchimento do molde deve ser tal que a temperatura do metal da superfcie no tenha ainda atingido a temperatura de solidificao, para que possa ocorrer a chamada autoalimentao; (1) este o caso em que recomenda o reaquecimento (revisita) do molde. -----------------------------------------------------------------------------[Campbell, p. 37-40] (2) por sua vez, segundo o Prof. Campbell, -------------------------------------------------------------------------------(1) a velocidade de vazamento ento escolhida para assegurar que o molde seja preenchido antes que a solidificao se complete (embora, como ficar claro adiante, isto no sempre desejvel ou mesmo possvel em alguns moldes); (2) a velocidade de vazamento do molde pode pode ocasionalmente ser ditada pela velocidade de asceno do metal no molde; (1) Neste caso a velocidade deve ser suficientemente rpida para evitar o aparecimento de dobras. (2) por essa razo que as ligas de alumnio devem subir muito mais rapidamente que o ferro fundido cinzento

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em moldes de areia verde, embora as velocidades exatas ainda devam ser determinadas por investigaes mais detalhadas; (3) a escolha do tempo de preenchimento do molde portanto presentemente algo arbitrria. (1) Entretanto, um valor que parece razovel pode ser tentado e pode sempre, se necessrio, ser modificado numa segunda tentativa posterior. (2) No entanto, este tempo deve estar sob cuidadosamente sob o controle do engenheiro de fundio e no deve ser permitido variar ao acaso como ocorre quando se usa, por exemplo, canais manualmente cortados no molde. -------------------------------------------------------------------------------(3) finalmente, tanto o texto adotado como o livro do Prof. Campbell apresentam mtodos prticos, calcados em tabelas e bacos para o clculo do tempo de preenchimento do molde. ----------------------------------------------------------------------------------------* FORAS DE LEVANTAMENTO (ABERTURA) E DE EMPUXO NOS MOLDES E MACHOS [Foseco, p. 19-21] FORAS DE EMPUXO NOS MACHOS. DIMENSIONAMENTO DAS MARCAES Mostrar que (1) quando o metal lquido preenche um molde contendo machos de areia, os mchos tendem a flutuar e devem ser mantidos em posio pelas marcaes do macho e por chapelins; (2) a seguinte tabela lista as foras de empuxo experimentadas por machos de areia silicosa em vrios metais lquidos, expressa como uma proporo do peso do macho: -----------------------------------------------------------------------------------------Metal lquido Razo fora de empuxo/peso do macho ----------------------------------------------------------------------------------------Alumnio 0,66 Lato 4,25 Cobre 4,50 Ferro fundido 3,50 Ao 3,90 ----------------------------------------------------------------------------------------(3) a areia de moldagem [areia verde] numa marcao de macho suportar cerca de de 150 kN/m2 [21 psi]; (1) assim a marcao de macho pode suportar a seguinte carga: Carga suportada (kN) = rea de marcao de macho (m2) 150 1 kN = 100 kgf (aprox.) Carga suportada (kgf) = rea de marcao de macho (m2) 15 000

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----------------------------------------------------------------------------------------Exemplo: (1) um macho pesando 50 kg tem uma rea de marcao de 10 10 cm [rea da superfcie superior, de apoio], ou seja, 0,1 0,1 = 0,01 m2; (2) a carga suportada pela marcao : 150 0,01 = 1,5 kN = 150 kgf; (3) se o molde vazado com ferro, a fora de empuxo 50 3,5 = 175 kgf, de maneira que chapelins seriam necessrios para suportar o macho a menos que a rea da marcao pudesse ser aumentada; ---------------------------------------------------------------------------------------- FORAS DE LEVANTAMENTO (ABERTURA) NOS MOLDES. DIMENSIONAMENTO DO LASTRO Mostrar que (1) a menos que um molde seja adequadamente fechado por grampos ou pelo uso de lastro, a fora exercida pelo metal lquido ir abrir o molde e causar um vazamento desastroso do metal; (1) se existem armaes insuficientes na tampa [caixa de cima], a mesma fora pode causar distoro e levantamento da areia; (2) importante calcular a fora de levantamento de maneira que o lastro ou o sistema de grampeamento correto sejam usados; (2) a maior fora levantando a tampa [caixa de cima] do molde a fora devida presso metalosttica do metal; (1) esta presso se deve a altura , ou carga, do metal no canal de descida acima do topo do molde [H na Figura 1.1]; [Figura 1.1, Foseco] (2) existem foras adicionais (1) devido a quantidade de movimento do metal quando ele preenche a cavidade do molde (2) e devido as foras transmitidas caixa de cima atravs das marcaes do macho quando os machos tentam flutuar na fundio de peas que os necessitam; (3) a fora de abertura metalosttica calculada a partir da rea da tampa [caixa de cima] total, desde que voltada para cima, em contato com o metal [isto inclui a rea de todas as cavidades da caixa]; (1) a fora F (kgf) = A H d 1,5 1000 onde A (cm2) a rea de contato metal lquido-tampa voltada para cima; H (cm) a altura do topo do canal de descida acima da altura mdia da face da tampa voltada para cima; d (g/cm3) a densidade do metal fundido; 1,5 o fator de segurana; (2) para ligas de alumnio, d cerca de 2,7, de maneira que: F (kgf) = 4 A H 1000 (3) para metais ferrosos, d cerca de 7,5, de maneira que:

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F (kgf) = 11 A H 1000 (4) a fora devido quantidade de movimento difcil de se calcular mas pode ser considerada pela adio de um fator de segurana de 50% fora de presso metalosttica; (5) como foi visto, o macho flutua no metal lquido e exerce uma fora a mais para cima; (1) para ligas de alumnio, a fora de empuxo pode ser negligenciada; (2) para metais ferrosos, a fora 3,5 W (kgf) e a fora resultante total agindo na caixa de cima 11 A H/1000 + 3,5W (kgf) ----------------------------------------------------------------------------------------Exemplo: (1) considere um molde de resina furnica para a fundio de uma grande vlvula tendo uma face voltada para cima de 2 500 cm2 e uma altura do canal de descida [H] de 30 cm com um macho pesando 40 kg; (2) a fora de levantamento 11 2 500 30/1000 + 3,5 40 = 825 + 140 = 965 kgf (3) fcil ver porque lastros to pesados so necessrios para conter os moldes nas fundies. ----------------------------------------------------------------------------------------+ ACABAMENTO SUPERFICIAL E TOLERNCIA DIMENSIONAL INTRODUO Mostrar que (1) uma pea fundida, ou fabricada por qualquer outro mtodo, nunca perfeita em termos de forma e tamanho; (2) a superfcie de uma pea fundida, ou fabricada por qualquer outro mtodo, independentemente do processo de fundio e do acabamento aplicados, nunca perfeitamente lisa e apresenta ondulaes diversas, em geral apresentando diferentes comprimento de onda e se superpondo; (3) ----------------------------------------------------------------------------------------(1) a imperfeio em forma e tamanho resulta em diferenas ou erros dimensionais (2) e que as ondulaes resultam em rugosidade e interferem nas dimenses apresentadas pela pea; ----------------------------------------------------------------------------------------(4) uma pea fundida em areia tipicamente exibe uma rugosidade superficial da ordem de 10 a 20 m e tolerncias dimensionais prximas a 2 mm, (1) em contraste com rugosidades da ordem de 2 m e tolerncias

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dimensionais da ordem de 1 mm, respectivamente, apresentadas por peas produzidas por forjamento em matriz fechada. -----------------------------------------------------------------------------------Processo Rugosidade Tolerncia superficial dimensional -----------------------------------------------------------------------------------Fundida em areia 10 a 20 m 2 mm Forjada em matriz fechada 2 m 1 mm ----------------------------------------------------------------------------------- ACABAMENTO SUPERFICIAL [Taylor, p. 241, 243-244] Mostrar que (1) um acabamento superficial menos rugoso e mais liso uma caracterstica sempre desejvel e s vezes necessria para as peas fundidas; (2) este acabamento descrito pelo grau de rugosidade superficial, ----------------------------------------------------------------------------------------(1) ou seja, por um nmero que uma mdia da altura dos picos e da profundidade dos vales das ondulaes primrias da superfcie da pea, (2) sendo que este nmero pode ser uma mdia aritmtica ou uma mdia da raiz quadrada das variaes; (3) na prtica, as duas mdias so muito prximas [dentro de 10 a 15%]; ----------------------------------------------------------------------------------------(3) o grau de rugosidade superficial (1) pode ser determinado -----------------------------------------------------------------------------------(1) por comparao visual com padres fundidos; (2) ou com o auxlio de um indicador de rugosidade superficial de leitura direta [um perfilmetro]; -----------------------------------------------------------------------------------(2) deve ser determinado (1) por comparao visual [com padres] no caso de verificaes para fins de controle de qualidade da maior parte das peas fundidas em areia (2) mas deve ser determinado com o emprego de um indicador automtico no caso de peas fundidas em areia ou gsso de superfcies muito lisas ou de peas produzidas pelo processo da cera perdida; (4) o acabamento de peas fundidas varia de ----------------------------------------------------------------------------------------(1) cerca de 2 m para peas fundidas em gsso de excelente acabamento superficial (2) at 8 m para peas pesadas fundidas em areia. ---------------------------------------------------------------------------------------- TOLERNCIA DIMENSIONAL Mostrar que (1) o assunto pode ser tratado em dois nveis:

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----------------------------------------------------------------------------------------(1) um mais prtico, como no Manual do Fundidor da Foseco; (2) um mais terico, como no livro do Prof. Campbell; ----------------------------------------------------------------------------------------(2) em linhas gerais, os resultados obtidos nos dois tratamentos coincidem. [Foseco, p. 22-23] Mostrar que (1) os erros nas dimenses das peas fundidas so de dois tipos: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) de preciso -- a variao das dimenses mdias da pea fundida das dimenses de projeto expressas no desenho tcnico (2) de consistncia [ou disperso] erros estatsticos, compreendendo a variabilidade dimensional em torno da dimenso mdia ----------------------------------------------------------------------------------------(2) , ERROS DE PRECISO: as principais causas dos desvios da dimenso mdia do valor visado so as incertezas na contrao e os consequentes erros nas dimenses dos modelos; (1) usualmente se pode aumentar consideravelmente a preciso por alteraes no ferramental do modelo aps a fabricao das primeiras amostras de peas fundidas. (3) , ERROS DE CONSISTNCIA: modificaes nas variveis de processo durante o processo de fundio originam a disperso das medidas em torno do valor mdio; (1) se o valor mdio pode ser feito coincidir com a dimenso nominal pela modificao do modelo, as caractersticas desta distribuio estatstica determinam as tolerncias possveis de serem alcanadas numa dada produo; (2) a consistncia das dimenses de uma pea fundida depende -----------------------------------------------------------------------------------(1) do processo de fundio usado (2) e do grau de controle de do processo alcanado na fundio; -----------------------------------------------------------------------------------(3) a Figura 7.3 ilustra a tolerncia dimensional mdia alcanada pelos vrios processos de fundio; (1) a tolerncia expressa como 2,5 [2,5 desvios padres], indicando que apenas 1 pea fundida em 80 pode apresentar dimenses fora da tolerncia; [Figura 7.3] (4) existe uma Norma Internacional, ISO 8062-1984(E) Castings System of dimensional tolerances, que aplicvel s dimenses de peas fundidas de metais e suas ligas fundidas produzidas por (1) moldagem em areia, (2) fundio em coquilha sob gravidade, (3) fundio em coquilha sob baixa presso, (4) fundio em coquilha sob presso mecnica elevada e (5) fundio em investimento; (1) a Norma define 16 graus de tolerncia, designados de CT1 a CT16, que listam a tolerncia total da pea fundida para cada grau referentes a peas fundidas brutas de dimenses variando de 10 a 10 000 mm; (2) a Norma tambm indica os graus de tolerncia que se deve esperar para produo em sries grandes e pequenas produzidas pelos vrios processos desde a fundio em investimento at a

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fundio em areia com socamento manual. [Campbell, p. 241, 243-244] Mostrar que (1) uma pea fundida, ou fabricada por qualquer outro mtodo, nunca perfeita em termos de forma e tamanho; ----------------------------------------------------------------------------------------(1) para resolver esta questo, os desenhos tcnicos de peas apresentam tolerncias dimensionais; (2) a partir do momento que a pea fundida esteja dentro das tolerncias, ela ser aceita; ----------------------------------------------------------------------------------------(2) a norma ISSO (ISO 8062, 1984) para tolerncias dimensionais em peas fundidas indica que (1) embora diferentes processos de fundio apresentem diferentes precises, (2) em geral as imprecises dimensionais de uma pea fundida crescem com o tamanho da pea, de maneira que (1) a norma especifica tolerncias dimensionais lineares crescentes para dimenses lineares crescentes, (2) embora a tolerncia porcentual diminua medida que as dimenses da pea fundida cresam; [Figura 7.3, Campbell] [Campbell, p. 251-254, 92] (3) , ABORDAGEM TERICA: a preciso dimensional depende de vrios fatores como: ----------------------------------------------------------------------------------------1. preciso do modelo [ou ferramental], ----------------------------------------------------------------------------------------2. preciso do molde, 3. expanso e/ou contrao do molde devido temperatura e presso, ----------------------------------------------------------------------------------------4. contrao da pea fundida no resfriamento causando depresses [sinks] locais, 5. contrao da pea fundida no resfriamento levando a (1) diferente tamanho global da pea fundida, dependendo das restries impostas pelo molde, (2) distoro se desigualmente restringida ou desigualmente resfriada, 6. expanso da pea fundida devida a precipitao de fases menos densas como gases e Gr, ----------------------------------------------------------------------------------------7. variao global de tamanho da pea fundida no tratamento trmico ou no envelhecimento lento temperatura ambient,e 8. distoro da pea fundida causada por resfriamento desigual pelo emprego de refrigerante inadequado ou por um resfriamento por demais brusco a partir da temperatura de tratamento trmico, ----------------------------------------------------------------------------------------9. distoro da pea fundida causada por jateamento. ----------------------------------------------------------------------------------------(1) os itens 1 e 2 acima [preciso do modelo e preciso do molde] esto resumidos na Figura 7. 2;. [Figura 7.2, Campbell] (2) a importncia dos item 2 [preciso do molde] pode ser melhor

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apreciada pelo discusso do seguinte fato; -----------------------------------------------------------------------------------(1) o estudo do efeito do ponto de fuso [ou mais precisamente da entalpia] sobre a expanso do molde mostra que metais lquidos de maior entalpia causam maior expanso do molde; (2) isto pode ser visto comparando-se os resultados dos anis fundidos de alumnio e ferro, Figura 3.5, e dos cubos fundidos em cobre e ao, Figura 3.7, ambos em areia verde [molde de baixa rigidez]; (2) no entanto, tais diferenas se reduzem em moldes rgidos, Figura 3.7; (3) esta simples concluso explica porque materiais de baixo ponto de fuso como plsticos e zinco podem ser fundidos com grande preciso dimensional as matrizes [e as peas fundidas] esto sujeitas a apenas pequena distoro trmica; (1) para peas fundidas de ligas de alumnio em matrizes tem-se mais distoro, embora haja muito pouco trabalho para quantificar este efeito; (2) para aos em moldes de areia, a distoro do molde resultante [em adio a outros problemas tais como deficiente acabamento superficial, etc.] faz com que as peas fundidas requeiram muito mais sobreespessura de usinagem; [Figuras 3.5 e 3.7, Campbell] ---------------------------------------------------------------------------------(4) , DADOS EMPRICOS: foram realizados alguns estudos tentando quantificar as tolerncias que podem ser alcanadas na prtica [dados empricos]; (1) estes estudos se baseiam na tcnica da anlise de regresso mltipla; (2) a equao de regresso do Institute of British Foundrymen IBF para peas fundidas em areia, arredondada um pouco, dentro dos limites de preciso, : -----------------------------------------------------------------------------------Desvio padro (mm) = 0,00086 dimenso linear do desenho (mm) + 0,000002 rea projetada do macho (mm2) + 0,008 espessura geral da parede (mm) + 0,043 se a dimenso cruza o plano de apartao - 0,22 se a dimenso estiver inteiramente contida no molde - 0,25 se a dimenso estiver inteiramente contida num macho - 0,013 se a dimenso vai do molde para um macho fixado por uma marcao - 0,27 se a dimenso vai do molde para um macho fixado por um jig - 0,074 se a dimenso formada entre dois machos + 0,221 se a liga ferro fundido branco + 0,325 se a liga ferro fundido malevel [+ 0,323 se a liga alumnio] [+ 0,696 se a liga ao] ------------------------------------------------------------------------------------onde a rea projetada do macho definida como a rea total dos machos projetada no plano de apartao do molde;

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os parnteses indicam a elevada incerteza relativa aos coeficientes referentes s peas de alumnio e ao, dado ao baixo nmero de peas ensaidas -- os valores relativos entre estes coeficientes parecem corretos, mas o valor absoluto, quando comparado com os de ferros fundidos, parecem elevados; (1) a equao composta por (1) trs variveis contnuas [dimenso linear do desenho, rea projetada do macho e espessura geral da parede], que podem assumir qualquer valor numrico, (2) e fatores outros que so do tipo de ocorrerem ou no; (2) a principal mensagem da equao de regresso que o desvio padro aumenta com o tamanho da dimenso; (1) embora a equao indique que aumente com linearmente com a dimenso, isto se deve apenas ao fato de que a linearidade j est embutida, como hiptese, na prpria anlise de regresso; (2) embora se espere que o erro porcentual possa deva ser algo diminudo quando a dimenso aumenta, Figura 7.3, a hiptese de linearidade pode ser considerada como aceitvel como uma hiptese de trabalho neste estdio; (3) o fator de espessura de parede indica que fundidos com paredes mais finas so em geral mais precisos; (4) a equao indica que em mdia 0,043 [em mm] se deve ao plano de apartao entre as caixas cima e de baixo usando 2,5 como uma medida da variabilidade total [dentro de limites de confiana de 99%], isto significa que o plano de apartao geralmente fechado com preciso de aproximadamente 0,1 mm, sendo portanto uma das interfaces mais precisas dentro do molde, contribuindo apenas com um pequeno erro para qualquer dimenso final que atravesse este plano; (1) repare que o erro lateral, conhecido como desacoplamento do plano de apartao, um problema distinto este erro lateral pode, em geral, ser muitas vezes maior que o erro de fechamento; (5) a equao indica a grande convenincia em se manter as dimenses crticas ou os pontos de referncia dentro de uma mesma caixa ou dentro de um mesmo macho este um grande fator em diminuir a variabilidade; (6) uma segunda mensagem da equao de regresso o efeito da liga; (1) a Figura 7.6 mostra os valores indicados pela equao plotado contra a o valor da sobreespessura de contrao; . os dois esto claramente relacionados entre si; (2) parece que a contrao linear no resfriamento um dos principais fatores que afetam a variabilidade das dimenses lineares das peas fundidas; (3) o fato da relao no passar pela origem indica que algum outro fator tambm contribui consideravelmente para esta variabilidade -- pode-se especular que este outro fator seja o molde de areia e que a transio / do quartzo tenha uma influncia significativa no mesmo. [Figura 7.6, Campbell]

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SOBREESPESSURA OU SUPERESPESSURADE CONTRAO Mostrar que, como a tolerncia dimensional, (1) o assunto pode ser tratado em dois nveis: ----------------------------------------------------------------------------------------(1) um mais prtico, como no Manual do Fundidor da Foseco; (2) um mais terico, como no livro do Prof. Campbell; ----------------------------------------------------------------------------------------(2) em linhas gerais, os resultados obtidos nos dois tratamentos coincidem. [Foseco, p. 13-14] Mostrar que (1) as peas fundidas so sempre menores em dimenso do que o modelo dos quais elas so feitas devido a contrao trmica que ocorre quando o metal resfria da sua temperatura de solidificao at a temperatura ambiente; (1) os modeladores compensam esta contrao fazendo os modelos com dimenses maiores do que as peas fundidas por uma quantidade conhecida como sobreespessura ou superespessura de contrao; (2) originalmente isto era feito pelo uso de certas rguas especialmente gravadas, conhecidas como rguas de contrao, cujas dimenses j incorporavam as sobreespessuras de contrao, tais como 1 em 75 para as ligas de alumnio ou 1 em 96 para os ferros fundidos; (2) a predio da contrao de uma pea fundida no pode nunca ser precisa, uma vez que muitos so os fatores envolvidos na determinao do valor exato da contrao que ocorre num determinado caso; ----------------------------------------------------------------------------------------(1) por exemplo, quando ferros fundidos so vazados em moldes de areia verde, as paredes do molde podem se deslocar devido a presso exercida pelo metal lquido, causando expanso da cavidade do molde, compensando por conseguinte em parte a contrao do metal; (2) peas fundidas com machos podem no contrair tanto quanto se espera, porque a presena de um macho resistente pode dificultar o deslocamento da parede da pea fundida durante o seu resfriamento; (3) alguns aglomerantes usados em machos expandem com o calor do metal vazado fazendo com que a pea fundida seja maior do que se espera; ----------------------------------------------------------------------------------------(3) por essas e outras razes s possvel predizer apenas aproximadamente as contraes [dados empricos]; (1) mas se um modelador trabalhar numa fundio por um perodo de tempo razoavelmente longo ele poder adquirir experincia direta dos projetos de peas fundidas e dos mtodos especificamente praticados naquela fundio e, com base nesta experincia, pode incorporar sobreespessuras mais precisas aos seus modelos; (2) a tabela mostra as sobreespessuras de contrao usualmente utilizadas; -----------------------------------------------------------------------------------Bismuto 1,3% Estanho 2,0% Chumbo 2,6% Metal branco 0,6%

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Ligas de zinco 1,18% Ligas de alumnio 1,3% Ligas de magnsio 1,30-1-43% Bronze, alumnio 2,32% Mangan