ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA FUNDAO MUNICIPAL DE ENSINO
ENGENHARIA MECNICA
MOLDES E MODELOS
Alunos: Agnaldo R. Veneri .......................RA: 206070118
Fabio F. Brancati .........................RA: 200070120 Andre Luis
Regonha ....................RA: 200070147 Cristian Rodeghel
........................RA: 200070729 Klausner R. Antoniolli
..................RA: 202071487
TECNOLOGIA E METALURGIA DE FUNDIO
PIRACICABA MARO - 2010
MOLDES E MODELOS
Alunos: Agnaldo R. Veneri .......................RA: 206070118
Fabio F. Brancati .........................RA: 200070120 Andre Luis
Regonha ................... RA: 200070147 Cristian Rodeghel
........................RA: 200070729 Klausner R. Antoniolli
..................RA: 202071487
PROF. ERIVELTO MARINO
Relatrio da aula prtica de Moldes e Modelos da disciplina de
Tecnologia e Metalurgia de Fundio do Curso de Engenharia Mecnica
EEP\FUMEP
2
SUMRIO OBJETIVO DA
PRTICA........................................................................................................5
INTRODUO.........................................................................................................................5
Construindo o
modelo................................................................................................................5
Confeco do
Molde:.................................................................................................................6
O
molde......................................................................................................................................6
Areia de fundio
verde...........................................................................................................10
Molde
permanente....................................................................................................................13
Construo Automatizada de
Moldes......................................................................................15
Confeco do
Macho...............................................................................................................16
EQUIPAMENTOS
UTILIZADOS.........................................................................................17
MATERIAL
............................................................................................................................17
QUESTES.............................................................................................................................17
CONCLUSO.........................................................................................................................18
REFERNCIA
BIBLIOGRFICA.........................................................................................19
3
LISTA DE FIGURAS Fig. 1 Construo do
Modelo....................................................................................................5
Fig. 2 Confeco de
Molde........................................................................................................6
Fig. 3 Preparao do
Molde.......................................................................................................7
Fig. 4 Caixa de
moldar...............................................................................................................7
Fig. 5 Caixa de fundo
virada......................................................................................................7
Fig. 6 Caixa tampa e caixa tampa
montados.............................................................................8
Fig. 7 Retirado canal de descida e o
massalote.........................................................................8
Fig. 8 Ajuste no canal e
massalote.............................................................................................8
Fig. 9 Detalhe do canal de
entrada.............................................................................................9
Fig. 10 Molde pronto para
vazamento.......................................................................................9
Fig. 11 Vantagens e desvantagens da areia
verde...................................................................10
Fig. 12 Modelo de placa de
metal............................................................................................11
Fig. 13 Modelo de placa de metal em
corte.............................................................................11
Fig. 14 Giro da placa de
metal.................................................................................................12
Fig. 15 Placa
aquecida.............................................................................................................12
Fig. 16 Resina
endurecida........................................................................................................12
Fig. 17 Molde
Permanente.......................................................................................................14
Fig. 18 Fabricao automatizada de
Molde.............................................................................15
Fig. 19 Confeco de
Machos..................................................................................................16
4
OBJETIVO DA PRTICA Ter noo dos tipos de moldes e modelos usados
na fundio e como estes so confeccionados; Tambm conhecer os
materias usados na confeco dos modelos, destacando suas vantagens e
desvantagens Conhecer os cuidados na fabricao dos modelos,
principalmente quando se tratar de materias frgeis. INTRODUO Para a
confeco do modelo que servir para imprimir na forma de areia o
formato da pea a ser fundida, geralmente utilizada madeira,
plsticos como o uretano, metais como o alumnio ou o ferro fundido.
Muitas vezes, se utiliza a prpria pea como modelo, porm esta passa
por um processo de aumento tridimensional, geralmente com a aplicao
de diversas camadas de tinta ou resina, por exemplo para compensar
o efeito da contrao da pea fundida aps o seu resfriamento.
Construindo o modelo No processo convencional de construo do
modelo, sua preciso dimensional e acabamento da superfcie dependem
quase que exclusivamente da habilidade de um profissional chamado
modelador de fundio. Eles so verdadeiros artistas que esculpem,
normalmente em madeira, as formas por vezes complexas da futura pea
fundida. Muitas vezes, devido sua geometria complicada, tais
modelos precisam ser confeccionados por meio da montagem ou colagem
de vrias peas. um trabalho delicado e demorado. A automao se faz
presente para facilit ar o trabalho. A partir do desenho do modelo
realizado com o auxlio do computador, produz-se um programa, ou
seja, uma seqncia de operaes na forma de cdigos. Este programa
controla os movimentos da ferramenta de uma mquina operatriz
computadorizada. A ferramenta, por sua vez, esculpe a geometria do
modelo na madeira, metal, plstico, isopor ou outro material.
Fig. 1 Construo do Modelo
O ser humano s aparece novamente para dar o acabamento final da
superfcie do modelo, eliminando as marcas deixadas pela ferramenta.
A habilidade, viso e tato humanos necessrios realizao desta tarefa
ainda no conseguiram ser incorporados com sucesso em mquinas
automticas. Pronto e acabado o modelo, passa-se construo do
molde.5
Confeco do Molde: Essa etapa consiste em construir um modelo com
o formato aproximado da pea a ser fundida. Esse modelo vai servir
para a construo do molde e suas dimenses devem prever a contrao do
metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal
para posterior usinagem da pea. Ele feito de madeira, alumnio, ao,
resina plstica e at isopor.
Fig. 2 Confeco de Molde
O molde o dispositivo no qual o metal fundido colocado para que
se obtenha a pea desejada. Ele feito de material refratrio composto
de areia e aglomerante. Esse material moldado sobre o modelo que,
aps retirado, deixa uma cavidade com o formato da pea a ser
fundida. O molde A qualidade da pea fundida est diretamente ligada
qualidade do molde. Peas fundidas de qualidade no podem ser
produzidas sem moldes. Por isso, os autores usam tanto o material
quanto o mtodo pelo qual o molde fabricado como critrio para
classificar os processos de fundio. Portanto, possvel classificar
os processos de fundio em dois grupos: Fundio em moldes de areia
Fundio em moldes metlicos A moldagem em areia verde o mais simples
e mais usado nas empresas do ramo. A preparao do molde, neste caso,
consiste em compactar mecnica ou manualmente uma mistura refratria
plstica chamada areia de fundio, sobre um modelo montado em uma
caixa de moldar.
6
Fig. 3 Preparao do Molde
Esse processo segue as seguintes etapas: 1. A caixa de moldar
colocada sobre uma placa de madeira ou no cho. O modelo, coberto
com talco ou grafite para evitar aderncia da areia, ento colocado
no fundo da caixa. A areia compactada sobre o modelo manualmente ou
com o auxlio de marteletes pneumticos.
Fig. 4 Caixa de moldar
2. Essa caixa, chamada de caixa-fundo, virada de modo que o
modelo fique para cima.
Fig. 5 Caixa de fundo virada
7
3. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, entposta sobre
a primeira caixa. Em seu interior so colocados o massalote e o
canal de descida. Enche-se a caixa com areia que socada at que a
caixa fique completamente cheia.
Fig. 6 Caixa tampa e caixa tampa montados
4. O canal de descida e o massalote so retirados e as caixas so
separadas.
Fig. 7 Retirado canal de descida e o massalote
5. Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa.
Fig. 8 Ajuste no canal e massalote
8
6. Abre-se o canal de distribuio e anal de entrada na caixafundo
e retira-se o modelo.
Fig. 9 Detalhe do canal de entrada
7. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para
prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.
Fig. 10 Molde pronto para vazamento
Depois disso, o metal vazado e aps a solidificao e o
resfriamento, a pea desmoldada, com o canal e o massalote
retirados. Obtm-se, assim, a pea fundida, que depois limpa e
rebarbada. A seqncia da preparao do molde que descrevemos manual.
Nos casos de produo de grandes quantidades, usa-se o processo
mecanizado com a ajuda de mquinas de moldar conhecidas como
automticas ou semiautomticas que permitem a produo macia de moldes
em reduzido intervalo de tempo. Para que um produto fundido tenha a
qualidade que se espera dele, os moldes devem apresentar as
seguintes caractersticas essenciais: a) resistncia suficiente para
suportar a presso do metal lquido. b) resistncia ao erosiva do
metal que escoa rapidamente durante o vazamento. c) mnima gerao de
gs durante o processo de vazamento e solidificao, a fim de impedir
a contaminao do metal e o rompimento do molde. d) permeabilidade
suficiente para que os gases gerados possam sair durante o
vazamento do metal.
9
e) refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de
fuso dos metais e que facilite a desmoldagem da pea. f)
possibilidade de contrao da pea, que acontece durante a
solidificao. Areia de fundio verde Bem, para incio de conversa, a
fundio em moldes de areia verde no tem nada a ver com a cor verde.
O processo tem esse nome somente porque a mistura com a qual o
molde feito mantm sua umidade original, quer dizer, no passa por um
processo de secagem. A matria-prima para esse tipo de moldagem
composta basicamente por um agregado granular refratrio chamado de
areia-base que pode ser slica, cromita ou zirconita, mais argila
(como aglomerant e) e gua. Tanto metais ferrosos quanto no-ferrosos
podem ser fundidos nesse tipo de molde. Os moldes so preparados, o
metal vazado por gravidade, e as peas so desmoldadas durante rpidos
ciclos de produo. Aps a utilizao, praticamente toda a areia (98%)
pode ser reutilizada. Esse processo de moldagem facilmente
mecanizvel, sendo realizado por meio de mquinas automticas. Como
qualquer outro processo, apresenta vantagens e desvantagens que
esto listadas a seguir:
Fig. 11 Vantagens e desvantagens da areia verde
Foram as desvantagens que obrigaram os fundidores a procurar
outros tipos de materiais aglomerantes que pudessem ser misturados
com a areia. Isso levou utilizao das resinas sintticas que
permitiram o aparecimento de processos de modelagem como shell
molding, caixa quente e por cura a frio.
10
O uso das resinas foi um grande aperfeioamento na utilizao de
areia para a produo de moldes de fundio. A areia no precisa mais
ser compactada porque o aglomerante, que como uma espcie de cola,
tem a funo de manter juntos os gros de areia. E isso feito de dois
modos: a quente ou a frio. Um dos processos, que usa calor para
provocar a reao qumica entre o aglomerante e os gros da areia,
aquele chamado de shell molding, que em portugus quer dizer
moldagem de casca. Ele realizado da seguinte maneira: 1. Os
modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, so
fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os
alimentadores.
Fig. 12 Modelo de placa de metal
2. A placa presa na mquina e aquecida por meio de bicos de gs at
atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250C).
Fig. 13 Modelo de placa de metal em corte
11
3. A placa ento girada contra um reservatrio contendo uma
mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa
mistura.
Fig. 14 Giro da placa de metal
4. O calor funde a resina que envolve os gros de areia e essa
mistura, aps algum tempo (15 segundos), forma uma casca (shell) com
a espessura necessria (entre 10 e 15 mm) sobre o modelo.
Fig. 15 Placa aquecida
5. A cura da casca, ou seja, o endurecimento da resina se
completa quando a placa colocada em uma estufa em temperaturas
entre 350 e 450C.
Fig. 16 Resina endurecida
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6. Aps 2 ou 3 minut os, a casca extrada do modelo por meio de
pinos extratores. Por causa da caracterstica do processo, a casca
corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro,
necessrio colar duas metades. Esse processo de moldagem permite que
os moldes e machos sejam estocados para uso posterior. Alm disso,
ele fornece um bom acabamento para a superfcie da pea, alta
estabilidade dimensional para o molde, possibilidade de trabalhar
com tolerncias mais estreitas, facilidade de liberao de gases
durante a solidificao. totalmente mecanizado e automatizado e
adequado para peas pequenas e de formatos complexos. A fundio das
peas feita por gravidade. A maior desvantagem desse processo o
custo mais elevado em relao moldagem em areia verde. Mas existe
outra maneira de se obter o endurecimento, ou cura, da resina sem a
utilizao de calor. o processo de cura a frio no qual a resina
empregada se encontra em estado lquido. Para que a reao qumica seja
desencadeada, adiciona-se um catalisador mistura de resina com
areia limpa e seca. Essa mistura feita, por meio de equipamentos,
na hora da moldagem e deve ser empregada imediatamente porque a
reao qumica de cura comea a se desenvolver assim que a mistura est
pronta. O processo o seguinte: 1. Os modelos, que podem ser feitos
de madeira, so fixados em caixas. 2. A mistura areia/resina/cat
alisador feita e continuamente despejada e socada dentro da caixa,
de modo a garantir sua compactao. 3. A reao de cura inicia-se
imediatamente aps a moldagem e se completa algumas horas depois. 4.
O modelo retirado girando-se a caixa 180. 5. O molde ento pint ado
com tintas especiais para fundio. Estas tm duas funes: aumentar a
resistncia do molde s tenses geradas pela ao do metal lquido, e dar
um melhor acabamento para a superfcie da pea fundida. 6. O molde
aquecido com maarico ou levado para uma estufa para a secagem da
tinta. Com esse processo, os fundidores obtm moldes mais rgidos
para serem usados para a produo de peas grandes e de formatos
complicados com bom acabamento de superfcie. O vazamento do metal
feito por gravidade. A cura a frio um processo de moldagem mais
caro quando comparado aos outros processos que usam areia. Alm
disso, os catalisadores so compostos de substnci as cidas e
corrosivas, que exigem muito cuidado na manipulao porque so muito
txicas. Molde permanente Os processos de fundio por molde
permanente usam moldes metlicos para a produo das peas fundidas.
Por esses processos realiza-se a fundio por gravidade ou por
presso.
13
Usar um molde permanente significa que no necessrio produzir um
novo molde a cada pea que se vai fundir. A vida til de um molde
metlico permite a fundio de at 100 mil peas. Um nmero to
impressionante deveria possibilitar a extenso de seu uso a todos os
processos de fundio. S que no bem assim. A utilizao dos moldes
metlicos est restrit a aos metais com temperatura de fuso mais
baixas do que o ferro e o ao. Esses metais so represent ados pelas
ligas com chumbo, zinco, alumnio, magnsio, certos bronzes e,
excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo dessa restrio que as
altas temperaturas necessrias fuso do ao, por exemplo, danificariam
os moldes de metal. Os moldes permanentes so feitos de ao ou ferro
fundido ligado, resistente ao calor e s repetidas mudanas de
temperatura. Moldes feitos de bronze podem ser usados para fundir
estanho, chumbo e zinco. Os produtos tpicos da fundio em moldes
permanentes so: bases de mquinas, blocos de cilindros de
compressores, cabeotes, bielas, pistes e cabeotes de cilindros de
motores de automveis, coletores de admisso. Esses produtos, se
comparados com peas fundidas em moldes de areia, apresentam maior
uniformidade, melhor acabamento de superfcie, tolerncias
dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecnicas. Por
outro lado, alm de seu emprego estar limitado a peas de tamanho
pequeno e produo em grandes quantidades, os moldes permanentes nem
sempre se adaptam a todas as ligas metlicas e so mais usados para a
fabricao de peas de formatos mais simples, porque uma pea de formas
complicadas dificulta no s o projeto do molde, mas tambm a extrao
da pea aps o processo de fundio. Para fundir peas em moldes
metlicos permanentes, pode-se vazar o metal por gravidade. Nesse
caso, o molde consiste em duas ou mais partes unidas por meio de
grampos para receber o metal lquido. Isso pode ser feito
manualmente.
Fig. 17 Molde Permanente
14
A montagem dos moldes tambm pode ser feita por meio de
dispositivos mecnicos movidos por conjuntos hidrulicos, que
comandam o ciclo de abertura e fechamento dos moldes. Tanto os
moldes quanto os machos so cobertos com uma pasta adesiva rala
feita de material refratrio cuja funo, alm de proteger os moldes,
impedir que as peas grudem neles, facilitando a desmoldagem.
Construo Automatizada de Moldes A fabricao automatizada de moldes
utiliza-se de mquinas de moldagem.
Fig. 18 Fabricao automatizada de Molde
Este tipo de mquina tem por objetivo aumentar a produo e a
qualidade dos moldes e j existe h bastante tempo. No entanto, a
operao das mquinas foi-se automatizando com o tempo, primeiramente
com o auxlio de mecanismos, depois com o uso de componentes
eltricos, principalmente os rels, e finalmente, utilizandose de
computadores. Ao homem restaram apenas as tarefas de superviso e
manuteno do equipamento, alm da realizao de uma ou outra tarefa
operacional, como a colocao de grampos e parafusos para fechar o
molde, cuja automao invivel do ponto de vista tcnico ou econmico.
Essas mquinas apresentam as seguintes funes: Receber as caixas dos
moldes; Preencher caixas com areia de moldagem; Compactar a areia
contra as paredes das caixas e contra o modelo; Posicionar os
machos; Confeccionar os canais de vazamento; Fechar a caixa. As
mesmas tcnicas utilizadas pelo homem na moldagem manual foram
transferidas para essas mquinas. Assim, se o ser humano utiliza-se
de vibradores manuais para facilitar a acomodao da areia na caixa
do molde, a mquina tambm se utiliza da vibrao com o mesmo propsit
o. Se o homem soca a areia utilizando ferramentas manuais, a mquina
tambm o faz, porm agora com o uso de prensas pneumticas ou
hidrulicas.
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Dessa forma, para cada etapa de seu trabalho manual, o homem
encontrou um mecanismo, de complexidade maior ou menor, destinado a
substitu-lo. Em seguida, controlou esses vrios mecanismos por meio
de um computador que envia ordens para motores eltricos e pistes
pneumticos e fica sabendo o que se passa na mquina pelos
componentes eltricos e eletrnicos: os sensores. Assim, podemos
pensar no computador como o crebro da mquina, os motores e pistes
como seus braos, os sensores como seus olhos e ouvidos. E
finalmente o programa, aquela seqncia de instrues semelhante a uma
receita de bolo. Pois bem, o programa pode ser comparado, grosso
modo, inteligncia da mquina. Confeco do Macho O macho um elemento
refratrio colocado no molde para definir uma cavidade ou espao
vazio no fundido final. Um vez que o material ir fluir em volta do
macho ele tem de ser mecanicamente forte durante o vazamento e
ainda tornar-se quebradio aps o vazamento e o resfriamento,
permitindo assim, uma fcil remoo da pea fundida. A areia para a
fabricao do macho preparada em um misturador atravs da mistura de
areia de slica com um ligante orgnico tal como o leo de linhaa e
amido ou dextrina. H preocupaes a serem respeitadas em relao ao
manuseio da resina e do catalisador em quanto se prepara a mistura.
Tais preocupaes devem incluir a proteo de pele e olhos para ambas
as resinas a base de fenol e uria, requer-se ainda o controle por
ventilao e exausto no misturador, na mquina de moldagem do macho,
no local de resfriamento do macho e nas estaes de vazamento fundio,
resfriamento da pea e na rea de remoo da areia da pea fundida A
areia preparada colocada em uma caixa de macho determinando a forma
do mesmo, aps o macho retirado e curado em uma estufa para se
conseguir uma forma refratria enrijecida.
Fig. 19 Confeco de Machos
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EQUIPAMENTOS UTILIZADOS Formas (moldes) conforme o material a
ser utilizado MATERIAL Madeira, Isopor, Gesso, Metal, Cera e Areia.
Tintas. QUESTES a) Explique quais os cuidados que deve ser levar em
considerao na confeco de machos para fundio? Uma vez que o material
ir fluir em volta do macho ele tem de ser mecanicamente resistente
durante o vazamento e ainda tornar-se quebradio aps o vazamento e o
resfriamento, permitindo assim, uma fcil remoo da pea fundida do
molde, ou seja, a desmoldagem. b) Quais os materiais usados na
fabricao de modelos para fundio. Apresente uma tabela relacionando
os tipos de materiais usados na fabricao dos modelos com os
processos de fundio. Para a confeco do modelo, geralmente utilizada
madeira, plsticos como o uretano, metais como o alumnio ou o ferro
fundido.
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O que um modelo consumvel? Quando usado? aquele que destrudo aps
a sua utilizao, como moldes feitos de isopor ou gesso que se
desintegram no processo de preenchimento do metal liquido CONCLUSO
Sem a utilizao dos modelos e moldes para a fundio seria impossvel a
fabricao de peas de todos os tipos de materiais desde aos at outros
materiais como aluminio e no metais. Existem diversos tipos de
moldes de fundio. Alguns em areia, outros em gesso ou materiais
refratrios diversos, existem ainda moldes cermicos e metlicos,
descartveis, reciclveis, mecanizados, manuais, etc.
c)
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REFERNCIA BIBLIOGRFICA CAMPBELL, J. Castings. 1 Edio. UK.
Butterworth-Heinemann. 1991. CHIAVERINI, V. Mecnica: Processos de
fabricao e tratamento. 2 Edio. So Paulo. Makron. 1986. Torre, J.
Manual de Fundio. So Paulo. Hemus. 1975. REVISTA FUNDIO &
MATRIAS-PRIMAS. Guia ABIFA de fundio 2000. Ano V, no 34, Mar/Mai
2000.
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