Incomplete Fundicao

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O SISTEMA DE PRODUO

Figura 1

A fabricao de um produto industrial feita atravs de um sistema industrial. Esse sistema composto internamente pelas diversas reas que compem a empresa e que, nos dias atuais so fundamentais para que a indstria possa funcionar adequadamente. Externamente ele complementado pelos fornecedores de matria-prima e componentes necessrios para a fabricao do produto e pelos clientes que adquirem os produtos da empresa. No centro desse sistema encontra-se o sistema de produo, que onde acontecem os processos de transformao que adicionam valor matria-prima transformando-a em um produto til ao cliente. Essa rea, conhecida tambm como engenharia de fbrica composta por diversos servios essenciais para que o processo de transformao acontea dentro do padro proposto, produzindo as quantidades demandadas no prazo desejado. A rea onde encontram-se as mquinas e homens que executam o processo de transformao chamada de cho de fbrica. Vide o esquema constante da figura 1.

Figura 2

O processo de transformao da matria-prima em produto normalmente envolve o processamento em vrias mquinas, muitas vezes envolvendo tambm tratamento trmico, pintura, ajustagem, montagem, embalagem, etc. Um esquema de produo de um produto apresentado na figura 2. A esse processo de transformao da matria-prima em produto final chama-se processo para fabricao de um produto.

Prof. Fernando Penteado

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Figura 3

Ao conjunto de mquinas e ferramentas que usa os mesmos princpios de produo, para modificar determinada matria-prima chama-se de Processo de Fabricao. Um exemplo de um processo de fabricao, a usinagem, que processa a pea atravs da retirada de cavacos, mostrado na figura 3.

NOES SOBRE NORMALIZAO TCNICA

O sistema de produo industrial que permite a fabricao de produtos padronizados, que atendem especificaes de fabricao e de qualidade s possvel graas a normalizao tcnica. 1. O que so Normas Tcnicas? Normas Tcnicas so documentos que contm especificaes tcnicas ou outros critrios precisos, que servem como regras, guias, procedimentos ou definies de caractersticas, de forma a assegurar a conformidade de matrias-primas, produtos, processos e servios. As Normas tambm contribuem para tornar a vida mais simples, aumentando a repetibilidade e eficincia dos produtos e servios que usamos. Os principais objetivos da normalizao constam da tabela 1. Economia Proporcionar a reduo da crescente variedade de produtos

e procedimentos. Comunicao Proporcionar meios mais eficientes na troca de informao

entre o fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relaes comerciais e de servios.

Segurana Proteger a vida humana e a sade. Proteo do Consumidor Prover a sociedade de meios eficazes para aferir a

qualidade dos produtos. Eliminao de Barreiras Tcnicas e Comerciais

Evitar a existncia de regulamentos conflitantes sobre produtos e servios em diferentes pases, facilitando assim, o intercmbio comercial.

Tabela 1 2. Tipos de Normas Tcnicas Os principais tipos de normas tcnicas so: Procedimento, Especificao, Padronizao, Terminologia, Simbologia, Classificao e Mtodo de Ensaio. 2.1. Procedimento As normas de procedimento orientam a maneira correta de empregar materiais e produtos, executar clculos e projetos, instalar mquinas e equipamentos e realizar o controle dos produtos. A NBR 6875, por exemplo, fixa as condies exigveis e os procedimentos de inspeo para fios de cobre de seo retangular. 2.2. Especificao As normas relativas especificao fixam padres mnimos de qualidade para os produtos. A Norma NBR 10105, por exemplo, indica as condies ou especificaes exigidas para a fabricao de fresas de topo, com haste cilndrica para rasgo, conforme a mostrada na figura 4.


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Figura 4

2.3. Padronizao As normas de padronizao fixam formas, dimenses e tipos de produtos, como porcas, parafusos, rebites, pinos e engrenagens, que so utilizados com muita freqncia na construo de mquinas, equipamentos e dispositivos mecnicos. Com a padronizao, evita-se a fabricao de produtos com variedades desnecessrias tanto de formas quanto de dimenses. A Norma NBR 6415 padroniza as aberturas de chaves e suas respectivas tolerncias de fabricao para chaves de boca fixa e de encaixe, utilizadas para aperto e desaperto de porcas e parafusos, como pode ser visto na figura 5.

Figura 5

2.4. Terminologia As normas sobre terminologia definem, com preciso, os termos tcnicos aplicados a materiais, mquinas, peas e outros artigos. A Norma NBR 6176, por exemplo, define os termos empregados para identificao das partes das brocas helicoidais. 2.5. Simbologia As normas de simbologia estabelecem convenes grficas para conceitos, grandezas, sistemas, ou parte de sistemas etc., com a finalidade de representar esquemas de montagem, circuitos, componentes de circuitos, fluxogramas etc. A Norma NBR 5266 define os smbolos grficos de pilhas, acumuladores e baterias utilizados na representao de diagramas de circuitos eltricos em desenhos tcnicos, como pode ser visto na figura 6.

Elemento de pilha ou acumulador

Figura 6

2.6. Classificao As normas de classificao tm por finalidade ordenar, distribuir ou subdividir conceitos ou objetos, bem como critrios a serem adotados. A Norma NBR 8643, por exemplo, classifica os produtos siderrgicos de ao. segundo os critrios fixados: Quanto ao estgio de fabricao: brutos, semi-acabados e acabados. Quanto aos processos de fabricao: lingotado, moldado e deformado plasticamente. Quanto aos produtos acabados: planos e no planos. 2.7. Mtodos de Ensaio


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As normas relacionadas a mtodos de ensaios determinam a maneira de se verificar a qualidade das matrias-primas e dos produtos manufaturados. A verificao feita por meio de ensaios. A norma descreve como eles devem ser realizados para a obteno de resultados confiveis. A Norma NBR 8374 determina as condies para realizao dos ensaios que avaliam a eficincia e qualidade dos medidores de energia. 3. Nvel de Aplicao Nvel Internacional: Aplicadas nos pases membros de uma entidade normativa internacional.

Exemplos: IEC, ISO. Nvel Regional: Aplicadas nos pases membros de uma entidade normativa regional.

Exemplos: AMN, COPANT. Nvel Nacional: Aplicadas em um determinado pas. Exemplos: ABNT, AFNOR, ANSI, BSI,

DIN, JIS. Nvel Setorial: Aplicadas em um determinado setor de atividade tcnica. Exemplos: ASME,

ASTM, SAE. Nvel Empresarial: Aplicadas dentro de uma determinada empresa. Exemplos: FORD, GM,

OPEL, CATERPILLAR. 4. Associaes Normativas ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas.

A ABNT uma entidade privada, independente e sem fins lucrativos, fundada em 1940, que atua na rea de normalizao e certificao. reconhecida pelo governo brasileiro como Frum Nacional de Normalizao, alm de ser um dos fundadores e nico representante da ISO (International Organization for Standardization), no Brasil. Alm disso, credenciada pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial). A ABNT responsvel pela elaborao das normas brasileiras (NBR). O trabalho feito pelas Comisses de Estudos que elaboram o projeto, o qual submetido Votao Nacional pelos associados da ABNT e demais interessados. As sugestes so analisadas e aprovadas pelo Conselho Tcnico da ABNT, surgindo ento a Norma Brasileira (NBR). ISO International Organization for Standardization

A ISO uma federao mundial integrada por Organismos Nacionais de Normalizao, sendo somente um representante por pas. uma organizao no governamental estabelecida em 1947, da qual a ABNT membro fundador, contando atualmente com 130 membros. Sua misso promover o desenvolvimento da normalizao no mundo, com vistas a facilitar o intercmbio comercial e a prestao de servios entre os pases. CMN Comit Mercosul de Normalizao

Constitudo em 1991, o CMN tem por objetivo criar Normas voluntrias para os produtos e servios que circulam no bloco. O CMN tem vnculo de cooperao com o Mercosul e se relaciona atravs do Subgrupo de Trabalho de Regulamentos Tcnicos. Com sede em So Paulo, coordena os trabalhos de 19 Comits Setoriais de Normalizao (70% liderados por entidades brasileiras. Outras entidades normativas internacionais de grande importncia: SAE Society of Automotive Engineers. ASTM - American Society for Testing and Materials ASME - American Society of Mechanical Engineers DIN Deutsches Institut fr Normung

5. Documentos Necessrio para a Fabricao e Controle da Produo de um Produto


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O desenho tcnico o elemento essencial para o projeto e produo de qualquer produto. Podemos dizer que ele a linguagem do engenheiro. Mas, alm dele existem outros documentos que so extremamente necessrio para elaborao do fluxo de produo, para o planejamento e controle da produo e para melhoria do processo produtivo. So eles: A Ordem de Servio (OS)

Cotem os dados essenciais produo de determinado produto, tais como: Quantidade, nmero do desenho, normas tcnicas que devem ser seguidas, nmero do procedimento padro de produo, nome do cliente, prazo de fabricao etc. Folha de Processo

Informa todas as operaes necessrias, descreve essas operaes, informa qual mquina deve ser usada para determinada operao e fornece outros dados necessrios para o processamento do produto. Um exemplo de folha de processo pode ser visto na figura 7.

Figura 7 Lista de Materiais

Contm todos os componentes que so necessrios para a montagem do produto final e elaborada em forma de rvore, mostrando a dependncia existente entre os diversos componentes. Um exemplo mostrado na figura 8.

Figura 8

Digrama de Fluxo do Processo

O diagrama de fluxo do processo mostra a seqncia de processamento de um produto destacando as operaes que adicionam ou no valor ao produto. uma tima ferramenta para otimizao do processo com aumento de produtividade. Um exemplo mostrado na figura 9.


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Figura 9

PROCESSOS DE FABRICAO

A seguir so apresentados de forma sucinta os principais processos de fabricao mecnica. O objetivo desse trabalho no de forma alguma esgotar o assunto, mas sim dar uma idia sobre os princpios bsicos de cada um deles informando suas principais caractersticas e aplicaes. Informaes mais detalhadas devero ser procuradas em bibliografia dedicada especificamente a cada um dos processos citados.

PROCESSOS DE FUNDIO 1. Introduo Fundio o processo para obter-se objetos vazando metal fundido em um molde preparado com o formato da pea, deixando -se o material solidificar-se por resfriamento. A fundio um dos processos mais antigos no campo de trabalho dos metais e data de aproximadamente 4.000 AC, tendo sido empregados desde esta poca inmeros mtodos para obteno da pea fundida. 1.1. Importncia da Fundio Praticamente todo metal inicialmente fundido. O lingote que d origem a um metal trabalhado por laminao ou forjamento, inicialmente fundido em uma lingoteira. Peas fundidas tem propriedades especficas importantes em engenharia, que podem ser: metalrgicas, fsicas ou econmicas. Por exemplo: As peas fundidas so muito mais baratas que as peas forjadas ou conjuntos obtidos por solda, desde que a produo passe de um certo limite mnimo, que compense o investimento no modelo necessrio para a execuo do molde para fundio. As peas fundidas so obtidas j na sua forma final ou prximo dela, economizando tempo e material. As peas fundidas, adequadamente projetadas, possuem propriedades mecnicas homogneas. Assim, a sua resistncia trao, por exemplo, a mesma em todas as direes, o que uma caracterstica desejvel para algumas engrenagens, anis de pisto, camisas para cilindros de motores, etc. O metal lquido possui a capacidade de escoar em sees finas, de projeto complicado, possibilitando assim a obteno de formatos que seriam bastante difceis de obter-se por outro processo. 2. Processos de Fundio O processo mais tradicional o da fundio em areia, que at hoje dos mais usados. Este processo o mais adequado para o ferro e o ao que tm altas temperaturas de fuso, podendo tambm ser usado, para o alumnio, lato, bronze e magnsio. Outros processos que se destacam pela sua utilizao so: Fundio em casca (Shell Molding); Fundio em moldes metlicos (por gravidade ou sob presso);


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Fundio centrfuga; Fundio contnua; Fundio de preciso (cera perdida, moldes cermicos). 3. Fundio em Areia Verde

Para se fundir uma pea em areia necessitamos, inicialmente, preparar o molde para vazamento do metal fundido e, para isso, precisamos ter: o modelo da pea, os respectivos machos e a areia misturada de forma adequada para elaborao do molde. Na figura 10 mostrado um esquema da seqncia de etapas do processo de fundio em areia verde.

Modelo da Pea

Preparao dos Machos

Preparao do Molde

Preparao da Areia

Montagem da Caixa

Vazamento

do Metal

Desmoldagem da Pea

Corte de Canais

Inspeo da Pea

Usinagem da Pea

Tratamento Trmico

Rebarbao da Pea

Quando necessrio.

Pea Pronta

Figura 10 3.1. Modelos e Caixas de Macho Um modelo uma cpia da pea feita de madeira, metal ou outro material adequado (plsticos, resina epxi, cera, gesso, etc.) sobre o qual compactado o material de moldagem, dando forma cavidade do molde que receber o material fundido. O modelo feito de acordo com o desenho da pea a ser fundida, com as seguintes modificaes: Aumento nas dimenses para compensar a contrao do metal durante seu resfriamento no estado slido. Aumento nas dimenses, de forma a deixar o sobremetal necessrio nas superfcies que devero ser usinadas posteriormente.


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Inclinao nas paredes verticais, chamada de ngulo de sada, para propiciar a fcil retirada do modelo de dentro do molde, sem arrastar areia. Quando a pea contiver furos, criar salincias, chamadas marcaes de machos, que deixaro buracos na areia do molde, para fixao dos machos, que daro origem aos furos. Opcionalmente, pode ser acrescentado ao modelo da pea, o sistema de alimentao (canais e massalotes). 3.1.1. Classificao dos modelos Os modelos podem ser classificados nos tipos apresentados na figura 11

Modelo Solto Monobloco o tipo mais simples. Geralmente apresenta uma superfcie plana que servir de apoio na moldagem. Os canais e massalotes podem ser acrescentados como apndices ou serem cortados mo, no molde.

usado apenas para peas simples ou pequenas sries de produo, devido ao baixo rendimento na moldagem.

Modelo Solto Mltiplo Este tipo usado para peas mais complexas onde, para que o modelo seja retirado do molde sem arrastar a areia, h necessidade de sua diviso em trs ou mais partes exigindo, portanto, caixas de moldagem com mais de duas partes.

Modelo tipo Chapelona A chapelona consiste de um gabarito, que reproduz uma seo da pea, feito com uma prancha de madeira, reforada nas beiradas e fixada uma haste metlica, que permite a obteno de moldes circulares ao girar-se a prancha em volta da haste. A chapelona usada para pea de formato circular, que no exijam grande preciso dimensional.

Modelo em placa Neste caso o modelo fixado uma placa, visando, uma maior preciso na moldagem, j que as placas apresentam geralmente pinos ou furos que servem como guias para fixao nas respectivas caixas de moldagem. Alm disso, este tipo de modelo permite a utilizao de mquinas de moldar, o que resulta em um grande aumento na velocidade de obteno dos moldes.

Modelo Solto Bipartido feito em duas partes que podem ser ou no iguais. A superfcie que as separa ser a linha de diviso do molde (tampa e fundo da caixa). O alinhamento entre as duas partes do modelo obtido atravs de encaixe por cavilhas. Sempre que possvel a superfcie de separao entre as duas partes do modelo dever ser plana, de forma a permitir sua colocao sobre uma placa, para facilitar a moldagem.

Placa Pea

Meio-Molde

Figura 11

3.1.2. Material para construo dos modelos A deciso sobre o material que se deve utilizar no modelo depende de vrios fatores, tais como: Quantidade de peas a serem fundidas Preciso dimensional necessria e acabamento superficial desejado


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Tamanho e formato do fundido Os principais materiais usados para a fabricao de modelos so a madeira, o alumnio, as resinas plsticas, o ao, o isopor e o gesso entre outros. 3.1.3. Contrao de solidificao Como sabido, todo metal ou liga fundido ao solidificar-se sofre contrao. A contrao pode ser dividida em duas: Aquela observada quando o material resfria-se ainda no estado lquido (contrao lquida). Aquela observada durante o resfriamento do material j no estado slido (contrao slida). Para compensar a lquida devem ser previstos massalotes e para compensar a contrao slida o modelo dever ter suas dimenses aumentadas, em relao s da pea que se quer obter. A tabela 2 d o ndice percentual de contrao slida de alguns metais.

MATERIAL CONTRAO Aos 1,5 a 2,0%

Ferro fundido cinzento 0,8% Ferro fundido dctil 0,8 a 1,0% Alumnio 355 e 356 1,5%

Alumnio 13 1,0% Cobre-Cromo 2,0%

Bronze ao Estanho 1,0% Bronze ao Silcio 1,0%

Bronze ao Mangans 1,5% Bronze Alumnio 1,5%

Tabela 2

3.1.4. ngulos de sada ngulo de sada a tolerncia que se d s paredes laterais do modelo para poder extra-lo do molde sem o arraste de areia. Numericamente o ngulo poder variar entre 0,5 e 2 e, em alguns casos, como em marcaes de machos, poder chegar a 5 3.1.5. Machos A funo bsica de um macho ocupar espaos no molde, no permitindo a entrada do metal, dando origem assim a furos e outras partes ocas da pea, como pode ser visto na figura 12. Entretanto, um macho tambm pode ser usado para completar uma parte mais delicada de um molde, que no poderia ser produzida com a areia verde do molde, por ser esta menos resistente que as empregadas na fabricao de machos.Vide a figura 13. Os machos so feitos de areias endurecidas e podem ser reforados com estruturas de arame, quando necessrio. Eles devem, tambm, permitir a contrao das peas quando do resfriamento do metal e no devem apresentar dificuldades para serem removidos da pea pronta.

Figura 12


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Figura 13 3.3. Areias para Confeco de Moldes e Machos 3.3.1. Principais propriedades As areias devem reunir uma srie de propriedades que garantam a obteno de peas fundidas isentas de defeitos. As principais so as seguintes: Moldabilidade: Capacidade que deve ter a areia de moldagem de adotar fielmente a forma do modelo, e de mant-la durante o processo de fundio. Refratariedade: a capacidade do material de moldagem de resistir temperatura de vazamento do metal sem que haja fuso dos gros de areia. Estabilidade Trmica Dimensional: O material de Moldagem no deve sofrer variaes dimensionais quando submetido s mudanas de temperatura que ocorrem nos moldes por ocasio do vazamento do metal fundido. Inrcia qumica em relao ao metal lquido: Em princpio, o material de moldagem no deve reagir com o metal lquido ou com os gases presentes na cavidade do molde. Permitir esmagamento: a qualidade que deve ter a areia de moldagem de ceder, quando submetida aos esforos resultantes da contrao da pea ao solidificar-se. Se o molde (ou o macho) no permitir o esmagamento poder ocorrer o rompimento das peas ou a formao de "trinca quente. Resistncia mecnica quente: As paredes do molde e machos devem manter a resistncia mecnica, mesmo quando aquecidas, para resistir aos esforos devidos ao impacto e empuxo exercidos pela massa de metal que enche o molde. Permeabilidade aos gases: a propriedade, que deve ter o molde de deixar passar o ar, os gases e os vapores existentes ou gerados em seu interior, por ocasio do vazamento do metal. Os gases presos no interior dos moldes podem dar origem a defeitos, tais como as cavidades originadas por bolhas. Desmoldabilidade: a facilidade com que se pode retirar uma pea do interior do molde, de modo a obter-se um fundido isento de resduos e material de moldagem. 3.3.2. Composio das areias de moldagem


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Tipos de areia para a confeco de moldes As areias de slica so as mais utilizadas nas operaes de moldagem. Elas so compostas basicamente de slica, um aglutinante e gua. Vide a figura 14. A slica (SiO2) tem gros arredondados de vrios tamanhos. Sua permeabilidade diminui quanto mais fino for o gro e quanto mais variados forem os tamanhos de gro.

Figura 14

Para uma boa porosidade a slica deve ter gros uniformes e no muito finos. A proporo de slica varia de 80 a 95% nas areias de moldagem e seu ponto de fuso de 1.650C. Os aglutinantes mais usados so a argila e a bentonita. As argilas, que so silicatos de alumina que formam ao umedecer-se, uma massa plstica que liga os gros de slica. A resistncia da areia aumenta com a proporo da argila, mas sua porosidade diminui, pois a massa formada pela argila impermevel. Seu ponto de fuso de 1.250C. Por motivos de permeabilidade e temperatura de fuso as areias muito argilosas so utilizadas apenas para fundio de metais de baixo ponto de fuso, tais como o alumnio (700C). A proporo de umidade varia entre 5 a 10%. Esse contedo de gua influencia na plasticidade, permeabilidade e resistncia dos moldes e, portanto, deve ser constantemente verificado e mantido dentro do nvel ideal. A bentonita um mineral que se encontra sob forma de um p finssimo, que umedecido forma uma massa muito compacta. A quantidade de bentonita para preparao da areia muito menor que de argila (1 a 5%), o que torna a permeabilidade da areia muito maior. Tipos de areia para a confeco de machos Para a fabricao de machos, alm da slica e da bentonita so juntados outros aglutinantes para favorecer o endurecimento da areia. Estes aglutinantes podem ser: leos (principalmente leo de linhaa) e materiais cereais (farinha de trigo, de milho, etc.). Os machos preparados com esses aglutinantes so endurecidos em estufa, apresentando boa resistncia e fcil desmoldagem. So conhecidas como areias estufadas Resinas sintticas (uria, fenlica ou furnica), conhecido, tambm como macho de shell A aplicao de resina sinttica como aglutinante permite maior rapidez de preparao do macho (menos tempo de estufa), facilidade de retirada dos machos, eliminao de gases e melhor acabamento. Silicato sdico + Anidrido Carbnico (CO2) Consiste em misturar-se slica seca com um aglutinante a base de silicato sdico, preencher as caixas de machos com este preparado e seca-lo em seguida, de forma contnua, fazendo passar CO2 pela massa. O CO2 provoca uma reao qumica que endurece a areia pela formao de um gel coloidal de silcio. Esse processo elimina a necessidade de estufa e possui uma grande rapidez de preparao, eliminando tambm, devido a sua grande resistncia, a necessidade de suportes e armaduras interiores. Vide a figura 15. Existem mais uma srie de tipos de areia para aplicaes especiais, que no sero objeto deste trabalho.


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CO2

Caixa de macho

Figura 15 3.3.3. Preparao das areias de moldagem As areias, por estarem em contato com o metal fundido, perdem suas propriedades, de forma que constantemente elas devem ser recicladas. A areia que se utiliza normalmente composta de: areia velha, areia nova, gua e p de carvo. O p de carvo usado para impedir a formao de uma capa superficial de xido sobre a pea fundida, alm de aumentar a porosidade e melhorar o acabamento. Estas areias devem ser preparadas em mquinas misturadoras e so utilizadas como areias de moldagem propriamente ditas, para cobrir o modelo, distinguindo-se das areias de enchimento, que so usadas unicamente para encher as caixas e, como no esto em contato direto com o modelo no influem no acabamento das peas fundidas. As areias de enchimento podem ser de qualidade inferior, ou mesmo areia velha. A areia de fundio pode ser reciclada, com aproveitamento quase total. 3.3.4. Misturadores de areia So equipamentos utilizados para o preparo das areias de moldagem, atravs da mistura de todos seus componentes. A areia introduzida em uma caamba, onde revolvida por um conjunto de facas e misturada atravs dos ms (rodas) podendo ser, a seguir, transferida para uma segunda caamba onde homogeneizada a mistura. Essa mistura vai saindo de forma contnua e em altas quantidades.

3.4. Mtodos de Moldagem

3.4.1. Manual

A moldagem manual um mtodo mais lento, porm ele ainda usado para moldagem em bancada ou no cho,quando se tm modelos soltos, ou ainda quando se estproduzindo peas experimentais ou muito grandes. Videa figura 16.

Figura 16


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3.4.2. Moldagem Mquina

Figura 17

Mquina de moldar por impacto e compresso Nessa mquina, como podemos observar na figura 17, todo o conjunto elevado por um pisto pneumtico que o deixa cair no fim do curso, em queda livre, dando-se a compactao da areia atravs do impacto. Em seguida, completada a quantidade de areia necessria para encher a caixa e uma prensa termina o trabalho de compactao da areia. Para a moldagem, o modelo em placa preso mesa da mquina e a caixa do molde encaixada sobre ele, atravs de pinos guias. Aps repetidas operaes do pisto e da ao da prensa, a areia fica compactada e a caixa com o molde retirada da mquina atravs de pinos extratores.

Mquina de Moldar por Projeo de Areia Indicada especificamente para peas de grandes dimenses que no podem ser moldadas pelas mquinas de impacto e compresso. Este processo provoca uma certa abraso no modelo e, portanto aconselhvel que a areia de faceamento seja socada manualmente. Vide a figura 18.

Figura 18 3.5. Sistema de Alimentao A funo de um sistema de alimentao a de permitir o enchimento completo da cavidade do molde, prevenindo a ocorrncia de defeitos tais como: incluso de areia ou escria e falhas internas na pea. O sistema de alimentao deve ser projetado de maneira que a solidificao do metal se processe do ponto mais distante da alimentao para o ponto mais prximo. Vide a figura 19. 3.5.1. Elementos bsicos

Figura 19

Bacia de vazamento


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Tem a funo de permitir o vazamento do metal lquido da panela sem que haja derramamento. Por este motivo possui uma seo maior. Alm disso ela ficar sempre cheia, permitindo que ocorra uma separao entre a escria e o metal, por diferena da densidade. Canal de descida Alm de permitir a passagem do metal lquido, ele procura diminuir a turbulncia do metal durante a descida, da seu formato cnico. Ele deve ter altura suficiente para que todo o molde seja preenchido com o metal fundido. Canal de distribuio Tem a funo de distribuir o metal pelos vrios canais de ataque. Possui um prolongamento aps o ltimo canal de ataque que serve para conter o primeiro metal lquido que entra no molde e que carrega consigo sujeira e areia. Assim esse metal no atinge nenhum canal de ataque e no ir estragar a pea com incluses. Canais de ataque ou alimentao A sua correta distribuio por vrios pontos da pea que garantir um gradiente favorvel de temperatura evitando distores por diferenas de temperatura nos diversos pontos. Massalotes O massalote colocado no sistema de alimentao para conter o rexupe (vazio interno), que de outra forma estaria localizado na pea. O rexupe ocorre devido pea se solidificar de fora para dentro. Assim forma-se uma casca que passa a impedir o fluxo de metal lquido para o interior da pea, no permitindo a compensao da diminuio do volume de metal, que ocorre devido contrao no estado lquido. O metal vazando na cavidade do molde deve comear a solidificar-se a uma distncia extrema dos massalotes. Desta maneira os vazios devido contrao de resfriamento movem-se progressivamente pela pea at atingir os massalotes, que devem ser a ltima regio a solidificar-se e, portanto, conter o rexupe devido contrao do metal lquido. 3.5.2. Localizao da entrada do canal de alimentao no molde princpio o metal poder encher o molde entrando por trs posies diferentes: Por cima, por baixo ou na altura da diviso das caixas, conforme mostrado na figura 20. Cada uma delas tem suas vantagens e desvantagens, como comentado a seguir:

Figura 20 Alimentao por cima H a formao de um gradiente favorvel de temperatura, porm o jato de metal tende a erodir o fundo do molde. Alimentao na diviso das caixas Maior facilidade para a abertura do canal. Entretanto preciso cuidado para no dirigir o jato de metal contra paredes do molde ou dos machos. Alimentao por baixo A favor temos o escoamento laminar do metal e o enchimento do molde de baixo para cima, que no causa problemas de eroso. Por outro lado, mais difcil de ser cavado o canal e o gradiente de temperatura desfavorvel, favorecendo a formao de "rexupe" na pea.


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3.5.3. Resfriadores Quando, por causa da complexidade da pea, a solidificao no puder ser dirigida adequadamente para o massalote, pode-se utilizar resfriadores. Estes so pedaos de metal inseridos no molde que, em contato com metal fundido, iro diminuir sua temperatura e acelerar a solidificao daquele ponto da pea. Os resfriadores podem ser externos, quando no faro parte da pea, ou internos, quando so do mesmo metal da pea e sero incorporados mesma. 3.5.4. Ventilaes So pequenos furos feitos na areia do molde, com arame ou estilete, para facilitar a sada de gases e vapores, sempre que a permeabilidade da areia no for suficiente para isso. 3.5.5. Simulao de resfriamento

Existem softwares que simulam o resfriamento dentro do molde, de uma determinada pea, permitindo atravs da diferenciao de cores, determinar-se a melhor localizao dos canais de alimentao, massalotes, etc. Dessa forma podemos otimizar o projeto do sistema de alimentao, garantindo menor gasto de metal e tima qualidade para a pea. Vide a figura 21

Figura 21 3.6. Desmoldagem A retirada da pea de dentro do molde deve ser feita aps sua solidificao, no sendo obrigatrio o resfriamento at a temperatura ambiente. Normalmente usam-se mquinas de desmoldar, que consistem de uma grelha vibratria aonde o molde colocado. Com a vibrao a areia solta-se da pea e cai, atravs da grelha, sobre uma esteira rolante, que a conduz para ser preparada para novo uso. 3.7. Remoo de Canais e Massalotes Os canais e massalotes so cortados da pea atravs de impacto, serras, discos abrasivos ou chama oxiacetilnica, dependendo do caso. 3.8. Rebarbao e Limpeza Pea pequenas normalmente so rebarbadas atravs da colocao das mesmas em tambores rotativos juntamente com material abrasivo. Peas maiores podem ser jateadas com areia ou granalha de ao, ou esmerilhadas com rebolos e pontas montadas. 3.9. Tratamento Trmico Quando se deseja melhorar a usinabilidade do material e aliviar as tenses originadas durante o resfriamento das peas fundidas, elas devem ser submetidas a um tratamento de recozimento. 3.10. Usinagem Furos de dimenses reduzidas, roscas, detalhes complexos, maior preciso dimensional e melhor acabamento devem ser obtidos atravs de usinagem. Para tanto devem ser previstos sobremetal e marcaes de referncia para balizamento da usinagem.


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4. Fundio em Casca - "Shell Moulding" Este mtodo de moldagem feito usando-se um molde de paredes delgadas. Este uma espcie de envoltrio (casca), feito de uma mistura composta de areia de quartzo de granulometria fina aglomerada com resina fenlica ou furnica. A mistura tem a propriedade de sinterizar-se formando uma casca permevel, ao entrar em contato com a superfcie do modelo metlico aquecido a cerca de 200 graus C. 4.1. Preparao do Molde O preparo do molde empregando este mtodo consiste em preparar-se a casca, sempre feita em duas metades e, em seguida, uni-las atravs de cola ou grampos, formando o molde. A figura 22 d a seqncia esquemtica para a elaborao de um molde tipo casca.

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Figura 22 Seqncia da operao: No recipiente da mquina carrega-se a mistura de moldagem (1). A placa de modelar metlica, devidamente aquecida at uma temperatura de 150 a 230 C presa sobre o recipiente da mquina (2). O recipiente gira de 180C, com a mistura de moldagem ficando sobre o modelo metlico aquecido. Permanece nesta posio durante 15 a 20 segundos. Durante este perodo de tempo forma-se na superfcie do modelo uma casca de 6 a 10 mm de espessura .(3). O recipiente gira novamente voltando a sua posio anterior. A casca permanece aderida ao modelo e o excesso de mistura de moldagem volta para o fundo do recipiente (4). A placa de modelar com a casca formada, retirada do recipiente e colocada no forno de coco, onde mantida durante 30 a 40 segundos a uma temperatura entre 250 a 300C (5). A casca sinteriza-se e solidifica-se, sendo retirada da placa com a ajuda de pinos extratores. Os moldes so obtidos atravs da colagem ou colocao de presilhas, que unem suas duas partes (6). No caso de peas maiores, os moldes devem ser mergulhados em areia ou granalhas de ferro, ou ainda mantidos entre guarnies metlicas, a fim de contrabalanar a presso hidrosttica exercida pelo metal fundido. 4.2. Vantagens e Aplicaes do Processo Com o Shell Molding podem-se obter peas de ferro fundido, ao e metais no ferrosos com pesos desde dezenas de gramas at aproximadamente 200 Kg. A preciso do processo, que varia de 0,2 a 0,5 mm, aliada a um excelente acabamento superficial, permite que, em muitos casos, a usinagem posterior seja dispensada. Alm disso a superfcie da pea moldada fica to limpa que no necessita de tratamento mecnico de limpeza. Peas fundidas de paredes delgadas e com muitos detalhes, tambm so facilmente obtidas por este processo. Os moldes de shell podem ser preparados com antecedncia e estocados por longo


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tempo. Trata-se de uma tecnologia simples e fcil de mecanizar e automatizar, da sua crescente aplicao. 5. Fundio em Moldes Permanentes Denomina-se fundio em molde permanente a qualquer processo de fundio em que o metal lquido vertido em molde, geralmente metlico, que possa ser utilizado um grande nmero de vezes, sendo por isso denominado permanente, ao contrrio dos processos vistos anteriormente (areia e shell), onde o molde usado uma nica vez. Existem dois processos bsicos para a fundio em moldes permanentes: Por gravidade Sob presso 5.1. Fundio em Moldes Metlicos Alimentados por Gravidade Tambm conhecido pelo nome de fundio em coquilha, neste processo o molde metlico preenchido unicamente pela ao da gravidade. Neste caso a matriz (molde) pode ser aberta e fechada manualmente ou automaticamente. Os machos usados podem ser metlicos ou de areia. Os de areia so usados quando, devido a sua complexidade, fica difcil sua retirada da pea pronta, ou quando no se exige grande preciso e acabamento do furo. 5.1.1. O Processo Os moldes so geralmente feitos de ferro fundido, ao ou bronze, dependendo da durabilidade esperada e da temperatura de fuso do metal da pea. A vida de um molde varia entre 3.000 a 10.000 peas para fundio de ferro, e pode chegar at 100 mil peas para fundio de metais moles. Para a fundio em coquilha o molde deve ser aquecido previamente, a fim de evitar-se o choque trmico que resultaria de um resfriamento muito rpido. tambm aplicado um desmoldante interno que, alm de facilitar a posterior desmoldagem e melhorar o acabamento da pea, poder controlar o resfriamento da mesma. Assim, existem dois tipos de revestimento: Os comuns, a base de grafite e os isolantes a base de argila. Esse ltimo impede o rpido resfriamento de paredes muito finas, diminuindo os riscos de trincas provocadas pela contrao brusca da pea. 5.1.2. Aplicaes e vantagens Atualmente a fundio em coquilha amplamente usada para metais no ferrosos (chumbo, zinco, alumnio, magnsio, estanho, cobre e suas ligas) e, em menor intensidade, para ferro fundido. O tamanho das peas geralmente no ultrapassa 25 Kgf, podendo no entanto atingir at cerca de 200 Kgf. As peas obtidas nos moldes metlicos tm uma estrutura de gro fino e propriedades mecnicas elevadas, mas devido ao resfriamento rpido surgem tenses nas camadas superficiais das peas, tornando necessrio, na maioria das vezes, submet-las a um tratamento trmico de recozimento. O acabamento obtido perfeito, conseguindo-se preciso da ordem de 0,1 mm. Os gases formados devem escapar do molde atravs de orifcios capilares colocados na emenda das duas partes do mesmo. A pea deve ser desmoldada imediatamente aps a sua solidificao para evitar que sua contrao acontea no interior do molde, o que poderia provocar trincas na pea, pois o molde metlico no deformvel, para poder acompanhar a contrao da pea. A coquilha pode usar machos de areia, ou metlicos, conforme a necessidade. A figura 23 mostra uma coquilha para fundio por gravidade de um pisto para motor de combusto interna, de liga de alumnio. No exemplo o macho metlico desmontvel a fim de poder ser retirado depois da fundio da pea.


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Figura 23

5.2. Fundio sob Presso A fundio sob presso, como no processo de fundio em moldes permanentes por gravidade, utiliza moldes metlicos pr-aquecidos, tambm chamados de matrizes, s que a alimentao do metal fundido feito sob presso. A presso assegura um bom preenchimento da cavidade do molde com o metal, reproduzindo sees bastante finas e detalhadas, garantindo a iseno de porosidade nas sees da pea. A produtividade desse processo extremamente elevada, podendo chegar a produzir at 1000 peas por hora.

5.2.2. O Processo A fundio sob presso sempre feita atravs de mquinas apropriadas, que fecham e travam as matrizes, injetam o metal sob presso para dentro dos moldes, enquanto que os gases que estavam em seu interior so expulsos atravs de ventilaes na emenda das duas partes, que compem o molde. Logo que a pea se solidifica, as matrizes se abrem e o fundido ejetado atravs de pinos extratores. Enquanto as matrizes esto abertas elas so limpas e lubrificadas para a prxima operao. 5.2.3. Mquinas para obteno de peas por fundio sob presso

Figura 24

Mquinas de cmara quente

Estas mquinas so empregadas para obteno de peas de ligas metlicas, com temperatura de fuso mais baixo. A figura 24 mostra uma mquina de ao por mbolo, usada para a fuso de chumbo, estanho, zinco e ligas de ponto de fuso at cerca de 450 C. No recipiente de ferro fundido despeja-se o metal lquido, cuja temperatura mantida constante atravs de aquecimento do banho. O metal lquido enche a cavidade do cilindro e do canal de alimentao, atravs de orifcio existente. Com a descida do mbolo do cilindro pneumtico, o metal pressionado para dentro do molde. Quando a pea solidifica-se o mbolo levanta-se e o metal lquido desce novamente para seu nvel original. A ltima operao da mquina a abertura das matrizes e a ejeo da pea. O rendimento dessas mquinas elevado e elas podem ser totalmente automatizadas. A presso sobre o metal pode variar de 6 a 100 atm.


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A desvantagem deste tipo de mquina que suas peas esto em parte mergulhadas no metal fundido, o que limita os metais que podem ser fundidos, uma vez que temperaturas acima de 500C, favorecem a formao de pelculas de xido nas paredes do cilindro, impedindo o livre movimento e causando grande desgaste do cilindro e do mbolo.

Mquinas com cmara fria. Essas mquinas podem ser usadas para ligas de alta temperatura de fuso, tais como as de cobre, ou para ligas que atacam o ferro como as de alumnio ou magnsio. Nesta mquina o metal fundido no est em contato com a cmara de presso de forma contnua, mas unicamente introduzida em cada injeo a quantidade necessria de metal em estado pastoso. O cilindro transmite a presso necessria para a injeo e serve para a manobra de fechamento e abertura da matriz. A presso nesse tipo de mquina pode variar entre 200 e 2000 atm e a produo pode atingir 500 peas por hora. Vide a figura 25.

Figura 25 5.2.4. Aplicaes e vantagens do processo Com este processo produzem-se pequenas peas para a indstria de eletrodomsticos, automobilstica, eletrnica, aeronutica, etc., a partir de ligas de chumbo, alumnio, estanho, magnsio, cobre e principalmente zinco (ZAMAK) devido a seu baixo custo, baixo ponto de fuso e boas propriedades mecnicas. A pea extrada do molde no exige elaborao mecnica adicional, podendo-se obter orifcios finos e roscas de preciso, devido ao excelente acabamento, e da preciso conseguida no processo, que varia de 0,1 a 0,01 mm. A estrutura do metal das peas moldadas, em conseqncia do rpido resfriamento no molde metlico, de gro fino, com elevadas propriedades mecnicas. Consegue-se obter paredes bastante finas, de at 1 mm de espessura. O peso do fundido limitado, geralmente no passando de 5 Kgf. Como foi visto este processo adequado para alta produo, pois de outra maneira torna-se antieconmico, devido ao preo do ferramental e maquinaria.

6. Fundio Centrfuga Neste processo o metal lquido introduzido no molde, que gira com rapidez e, sob a ao da fora centrfuga, pressionado contra suas paredes. Desta maneira o processo no deixa de ser um tipo de fundio sob presso, onde essa controlada pela velocidade da rotao do molde.

6.1. O processo Na fundio centrfuga o eixo de rotao pode estar na posio vertical ou horizontal.


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Posio Vertical

Neste caso haver a formao de um furo cnico (efeito de Corolis) no centro do molde. Da este processo s ser usado para a produo de peas de pequena altura, quando o efeito minimizado, ou para a produo de um conjunto de pequenas peas, quando ento o centro do molde ocupado pelo sistema de alimentao, conforme mostrado na figura 26.

Figura 26

Posio Horizontal Com o eixo de rotao na posio horizontal as paredes da pea cilndrica tornam-se de espessura igual em todo seu comprimento, mas para que isso acontea necessrio um determinado nmero de rotaes. O nmero de rotaes no deve ser inferior ao dado pela seguinte frmula:

Figura 27

n > 5520/ .R

Onde: n a rotao mnima em rpm; R o raio da pea em cm e o peso especfico em g/cm3. Este processo usado principalmente na fundio de tubos de ferro e ao fundido, pois o tubo formado sem a necessidade de macho. Vide a figura 27.

6.2. Aplicaes e Vantagens do Processo A aplicao mais racional da fundio centrfuga na elaborao de peas metlicas ocas que tm formas simples de corpos de revoluo (tubos, cilindros, blanks para engrenagens, etc.). Neste tipo de fundio podem ser usados moldes metlicos ou de cermica. As peas obtidas atravs de moldes metlicos, geralmente devem ser submetidas a recozimento para alvio de tenses.

7. Fundio de Preciso (Processo da Cera Perdida) um processo de moldagem que utiliza um molde produzido por um modelo de cera, o qual derretido e retirado do molde durante o seu cozimento em forno.


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Figura 28 7.1. O Processo O primeiro passo para obteno da pea fundida consiste em fazer-se o modelo em cera. Para isto injeta-se cera lquida em uma matriz de madeira ou metlica e espera-se at que a mesma endurea por resfriamento. Uma vez obtido o modelo, reveste-se o mesmo com uma pasta refratria especial para a confeco deste tipo de molde. O molde ento levado ao forno, onde a pasta endurece ao mesmo tempo em que a cera derrete e evapora-se deixando livre o oco do molde para o vazamento do metal. Este molde usado uma nica vez, visto que, para retirada da pea pronta preciso quebr-lo. Vide a seqncia do processo na figura 28. 7.2. Aplicaes e Vantagens do Processo Ideal para peas pequenas (at 5 Kgf) e complexas que exijam timo acabamento e boa preciso dimensional. Consegue-se uma produo relativamente elevada, com um mnimo de investimento em equipamento e ferramental.


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8. Fundio Contnua

Figura 28 8.1. O Processo

O metal vazado, de forma contnua, atravs de uma bica de enchimento e desce por um veio, at atingir uma coquilha de grafite resfriada, que d o formato desejado ao metal e, ao mesmo tempo, promove a sua solidificao. O perfil obtido dessa forma avana at uma tesoura de corte, onde cortado em tamanho apropriado. 8.2. Aplicaes e Vantagens do Processo Usado para a produo de barras e perfis fundidos que, normalmente, sero usados como matria-prima para a produo de peas usinadas.

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