Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CTC – CENTRO TECNOLÓGICO
EMC – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ENGENHARIA DE MATERIAIS
RELATÓRIO DE ESTÁGIO
CURRICULAR I
WETZEL S.A.
DIVISÃO ELETROTÉCNICA
HENRIQUE GONÇALVES DUCHINI
JOINVILLE, 2011
ii
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CTC – CENTRO TECNOLÓGICO
EMC – DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
ENGENHARIA DE MATERIAIS
Relatório de Estágio Curricular I
Aluno: Henrique Gonçalves Duchini
Matrícula: 10200883
Orientadora: Keila Piacentini
05/09/2011 – 16/12/2011
“Concordamos com o conteúdo deste relatório”
_____________________________
Keila Piacentini
Joinville, 2011
iii
RUA DONA FRANCISCA, 8300 – ZONA INDUSTRIAL NORTE
JOINVILLE - SC – 89219-600
FONE: +55 (47) 3451-4033
FAX: +55 (47) 3451-4059
WWW.WETZEL.COM.BR
iv
AGRADECIMENTOS
Primeiramente à empresa Wetzel S.A. - Divisão Eletrotécnica por possibilitar a
realização deste estágio e permitir um amplo aprendizado dentro da empresa
através da transmissão de conhecimento por parte de seus funcionários e pela
liberdade concedida dentro do âmbito da empresa;
À orientadora, Engª Keila Piacentini, por toda a confiança e conhecimento
compartilhado no dia a dia;
Aos colegas de trabalho Eduardo Vieira e Rafael Kinas Dippe, pelo apoio e
paciência sempre que solicitados , conhecimento transmitido e grande confiança nos
trabalhos realizados, incluindo-me, sempre que possível, nas suas atividades;
A todos os outros colegas de trabalho, por todo o apoio prestado e por contribuírem
com um ambiente de trabalho bastante proveitoso;
Ao Jeferson Duarte e José Aparecido dos Santos, do setor de Apoio à Qualidade,
por me acompanharem em importantes atividades;
Aos funcionários da fábrica, em especial aos do setor de Fundição sob Gravidade,
pelas informações e conhecimentos passados, mostrando-se sempre dispostos a
contribuir com meu crescimento intelectual e profissional;
À Giselle Isabel Rezende e Eduardo Augusto Muenz, por me concederem liberdade
dentro do laboratório da empresa Wetzel S.A. - Divisão Alumínio para realização de
atividades;
Aos professores Dr. Ing. Paulo Antônio Pereira Wendhause e Eng. Mateus Amorim,
junto com todos os outros que fazem parte da coordenadoria de estágios e que
unem esforços para manter o modelo de estágios do curso de Engenharia de
Materiais;
Aos colegas de curso, em especial André Trajano da Silveira e Natália Wendt
Dreveck, pelo apoio e companheirismo demonstrados no decorrer de todo este
período de estágio;
E enfim, a meus pais e meu irmão, por todo o apoio e carinho dedicados.
v
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 1
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................ 2
2.1 ALUMÍNIO ...................................................................................................... 2
2.1.1 APLICAÇÕES .......................................................................................... 2
2.2 LIGAS DE ALUMÍNIO .................................................................................... 3
2.3 ELEMENTOS DE LIGA .................................................................................. 4
2.4 LIGAS DE ALUMÍNIO PARA FUNDIÇÃO ...................................................... 6
2.5 LIGA ALUMÍNIO SILÍCIO ............................................................................... 7
2.6 MÉTODOS DE FUNDIÇÃO ........................................................................... 9
2.6.1 FUNDIÇÃO POR BAIXA PRESSÃO ....................................................... 9
2.6.2 FUNDIÇÃO SOB GRAVIDADE ............................................................. 11
2.6.3 FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO ................................................................. 12
2.6.4 TIXOFUNDIÇÃO .................................................................................... 14
2.7 TRATAMENTOS DA LIGA ........................................................................... 14
2.7.1 MODIFICAÇÃO ..................................................................................... 15
2.7.2 GASEIFICAÇÃO .................................................................................... 15
2.7.3 ESCORIFICAÇÃO ................................................................................. 16
2.8 DEFEITOS DE FUNDIÇÃO .......................................................................... 16
2.8.1 POROSIDADE GASOSA ....................................................................... 17
2.8.2 SOLDA FRIA ......................................................................................... 18
2.8.3 RECHUPE ............................................................................................. 19
2.8.4 TRINCAS À QUENTE ............................................................................ 20
3 CONTROLE DA LIGA 50 ................................................................................... 20
3.1 DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE ...................................................................... 20
3.2 ADIÇÃO DE SILÍCIO .................................................................................... 23
3.3 ADIÇÃO DE MODIFICADOR ....................................................................... 26
3.4 SOLUÇÕES ................................................................................................. 27
3.5 CONCLUSÕES ............................................................................................ 28
4 VERIFICAÇÃO DE REFUGO ............................................................................. 29
4.1 DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE ...................................................................... 29
4.2 APONTAMENTO DE REFUGO ................................................................... 29
4.3 ESTUDO DE REDUÇÃO DO REFUGO ....................................................... 30
4.4 SOLUÇÕES ................................................................................................. 31
4.5 CONCLUSÕES ............................................................................................ 31
vi
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 32
6 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 34
7 ANEXOS ............................................................................................................ 35
4.1 ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA ..................................................... 35
4.2 ANEXO B – CRONOGRAMA DE ATIVIDADES ........................................... 36
1
1. INTRODUÇÃO
Atualmente a realização de um estágio é uma das formas mais eficazes de se
consolidar conhecimentos adquiridos em sala de aula. O dia a dia de trabalho
acompanhado em uma empresa engrandece o aluno em relação a conhecimentos
práticos, os quais, junto com a teoria aprendida, são indispensáveis para a formação
de um bom profissional. Visto que certas situações da rotina de uma fábrica são
irreprodutíveis, a maneira mais eficaz de tornar-se habituado a estas é, sem dúvida,
vivenciá-las.
A empresa Wetzel S.A. – Divisão Eletrotécnica é uma fundição de alumínio
que trabalha com desenvolvimento de produtos, desde o projeto, até a sua venda
para o consumidor final. Tem como foco produtos para instalações elétricas e
iluminação. É a única das três divisões da Wetzel S.A. que vende diretamente a
marca da empresa, ocupando assim uma importante posição dentro do Grupo.
Dentro da empresa, o estágio foi realizado junto ao setor de Engenharia de
Produto, porém todas as outras áreas da empresa também foram acompanhadas,
algumas durante todo o período do estágio, compreendido de 05/09/2011 até
16/12/2011 e outras apenas por alguns dias.
No decorrer deste tempo foram realizadas algumas atividades isoladas, entre
elas ensaios de rotina como análises químicas, metalográficas e de corrosão e
outras que fugiram um pouco do usual, como testes de resistência de caixas,
ensaios em caixas de passagem, também chamadas de conduletes, e um ensaio de
resistência em caixas plásticas. Neste relatório serão resumidas duas atividades,
uma de controle da liga utilizada dentro da empresa, no setor de Fundição sob
Gravidade e outra em relação ao refugo observado em fábrica que teve como
objetivo observar o apontamento feito pelos funcionários e possivelmente identificar
e tentar reduzir alguns números que se mostraram muito elevados.
Estes trabalhos acabaram envolvendo outros pontos que devem ser
considerados, entre eles um estudo sobre a adição de insumos à liga e seu
comportamento com o passar do tempo.
2
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 ALUMÍNIO
É o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, ficando atrás do
oxigênio e do silício, portanto, o primeiro entre os metais. Considerando a
quantidade e a produção relativamente fácil, é o segundo metal mais utilizado na
indústria metalúrgica, perdendo apenas para o aço. O Brasil possui a terceira maior
reserva de bauxita, minério de onde é retirado o alumínio e é o sexto maior produtor
deste metal. O grande interesse acerca do alumínio e suas ligas se deve a algumas
características bastante interessantes, as quais qualificam este metal para
aplicações bastante variadas.
Dentre essas propriedades, são de maior relevância sua alta resistência a
corrosão, devida a produção de uma fina camada de oxido sobre a peça, resultando
em passivação e proteção contra maiores oxidações. Densidade de cerca de um
terço do ferro, o que permite que, quando combinado em liga, o alumínio consiga
aliar baixo peso com boas resistências mecânicas. Elevada ductibilidade e alta
condutibilidade térmica e elétrica aumentam ainda mais o amplo campo de
aplicações deste metal. (2)
O alto custo energético para a produção deste metal, aliado com o bom valor
de mercado de sua sucata e alta reciclabilidade, fazem com que, atualmente, o
alumínio seja o material mais amplamente reciclado no Brasil. De acordo com uma
pesquisa do IBGE, em 2008 a proporção de alumínio reciclado atinge valores
superiores a 90%.
2.1.1 APLICAÇÕES
Devido a possibilidade de produção de diversas ligas, o alumínio abrange
uma incrível variedade de aplicações, desde usos bastante simples, em peças
laminadas para esquadrias por exemplo, até a utilização em tarefas de elevada
responsabilidade como em componentes de aeronaves.
Através do uso de diferentes elementos de liga, entre eles, com grande
importâcia, o silício, o cobre e o zinco, é possível alterar significativamente as
3
propriedades mecânicas e químicas do alumínio puro. Podemos citar alguns
exemplos, é possível aumentar sua resistência mecânica utilizando-o em liga com
silício ou níquel, pode-se melhorar sua usinabilidade com a adição de cobre e
magnésio ou melhorar sua resistência a oxidação com uma liga de zinco. Além das
possibilidades citadas, existem outras diversas ligas que podem despertar interesse
da indústria.
2.2 LIGAS DE ALUMÍNIO
Quando fundido, o alumínio possibilita a dissolução de outros metais ou
metalóides. Ao ser resfriado e se solidificar, alguns desses elementos podem ser
mantidos em solução sólida na matriz. A adição de elementos de liga ao alumínio
fundido distorce a matriz e tem como principal objetivo o aumento da resistência
mecânica, porém nada impede que se introduza outros benefícios à liga. A influência
que cada produto adicionado tem na liga final é diretamente relacionada com a
quantidade presente de cada um deles e a maneira como estes elementos reagem
entre si. Isso exige um conhecimento sobre o assunto, tendo em vista que
quantidades controladas de cada liga são necessárias para atingir um resultado
otimizado.
É visto que com a variedade de ligas existentes atualmente e a enorme gama
de resultados obtidos, pode-se, conhecendo suas influências e limitações, atingir as
propriedades e características desejadas para uma infinidade de projetos.
Atualmente existem duas divisões para as ligas deste metal as chamadas
'ligas trabalháveis' e as 'ligas para fundição'. Existe outro termo para ambas as
divisões, sendo este 'ligas tratáveis' e 'ligas não tratáveis' sendo elas definidas como
ligas que podem, ou não, ser endurecidas por tratamentos térmicos.
Ligas Dúcteis são desenvolvidas visando a produção de produtos pelo
método de conformação mecânica como por exemplo a trefilação e a laminação,
uma vez que suportam grandes deformações plásticas. Sendo assim, são
largamente utilizadas na produção de chapas, arames, tarugos e perfis.
A nomenclatura das ligas citadas é regida por uma norma da Associação
Brasileira de Normas Técnicas e abrange alguns fatores relacionados ao alumínio ou
4
liga. São eles: pureza, elemento de liga principal e forma como é oferecida (lingote,
líquido, tarugo etc.). (1)
2.3 ELEMENTOS DE LIGA
Como citado, diversas propriedades podem ser conseguidas com ligas de
alumínio, devendo-se conhecer a influência de cada elemento sobre o resultado final
da liga feita. Sendo assim, com o elemento certo, na quantidade certa, desenvolve-
se a liga ideal para cada diferente aplicação. Alguns dos principais materiais
utilizados com o alumínio e suas influências sobre as características do material final
serão exemplificados aqui, sendo classificados como elementos de liga primários ou
secundários de acordo com a concentração de cada um dos outros elementos
presentes na liga final.
Silício: Determina o tipo de solidificação do metal líquido, fazendo com que,
em teores acima de 11%, o processo normalmente pastoso, passe a acontecer por
casca, reduzindo a retração térmica. Aumenta a fluidez, diminuindo problemas com
o preenchimento da matriz e porosidade. Melhora a soldabilidade das peças. Porém,
em excesso prejudica a usinagem. Quando em valores acima de 12,7% a liga se
torna hipereutética e, o silício em excesso cria áreas de elevada dureza na matriz,
diminuindo a vida útil das ferramentas de usinagem. (7)
Magnésio: Aumenta a resistência a oxidação, possibilita a utilização de
tratamento térmico para melhora das propriedades mecânicas e assim como o
silício, garante boa soldabilidade ao material. A desvantagem do magnésio é o
aumento da oxidação da liga quando esta se encontra no estado líquido, formando
excesso de borra.
Cobre: Junto com o silício, é um dos elementos cruciais nas ligas de alumínio.
Facilmente solubilizado no metal líquido, facilita a usinagem das peças, confere
elevada resistência mecânica e reduz significativamente a microporosidade. (8) Por
outro lado, a presença de cobre diminui a resistência a quente e a resistência a
5
corrosão, existindo ligas livres de cobre desenvolvidas especialmente para
ambientes corrosivos, denominadas “Copper Free”
Manganês: Garante uma melhor resistência a quente e é também utilizado
como corretor, combinando-se com o ferro e mudando sua forma de solidificação, de
acicular para dendrítica. Isso diminui as tensões internas do material depois de
solidificado. O manganês também aumenta o índice de segregação da liga,
diminuindo a ductibilidade e a escoabilidade do metal.
Zinco: Encontrado sempre associado ao Mg, o zinco garante elevada
resistência mecânica e maior ductilidade. Por outro lado, diminui a resistência a
corrosão salina, aumenta a contração na solidificação e causa fragilidade a quente.
Ferro: A presença de ferro na liga diminui a ductilidade e algumas
propriedades mecânicas como e resistência ao impacto e a fadiga. Quando na forma
acicular também aumenta o índice de porosidade. Em conjunto com Mn e Cr,
prejudica também a usinabilidade devido a formação de compostos intermetálicos
mais duros do que o alumínio e prejudiciais para as ferramentas de usinagem. (4)
No processo de fundição por gravidade o ferro é uma impureza e sua
concentração deve ser mantida o mais baixa possível uma vez que nenhum dos
seus efeitos é benéfico para a produção. Já no setor de fundição sob pressão,
apesar de fragilizante, a presença deste elemento é necessária, o ferro ajuda na
remoção da peça da cavidade, diminuindo a aderência desta à ferramenta. Isto
aumenta a vida útil do molde.
Os teores de Fe, Mn e Cr merecem atenção especial. Estes elementos
formam compostos intermetálicos, também conhecidos como sludge, estas fases,
por serem mais densas que o alumínio, depositam-se no fundo dos fornos. A dureza
elevada desses compostos também prejudica os processos seguintes da produção
como acabamento e usinagem.
O índice de segregação, calculado pelo teor de sludge pode ser feito da
seguinte maneira (8):
IS = Fe + 2*Mn + 3*Cr
Equação 1: Definição do Índice de Segregação
6
Onde:
IS é o índice de segregação;
Fe, Mn e Cr são os teores de ferro, manganês e cromo respectivamente, todos
em porcentagem.
2.4 LIGAS DE ALUMÍNIO PARA FUNDIÇÃO
A fundição, um dos mais antigos processos para a obtenção de peças de metal
hoje em dia com a tecnologia existente, é altamente indicada para a produção de
peças em larga escala mantendo-se a qualidade. Atualmente o mercado conta com
diversas ligas ideais para os processos de fundição, sendo que esta deve ser
escolhida de acordo com as propriedades finais visadas para as peças a serem
produzidas. As principais ligas de alumínio para fundição são:
– Ligas alumínio-magnésio
São indicadas para peças que posteriormente passarão por tratamento
térmico pois adquirem excelentes propriedades. Estas ligas possuem ductilidade,
resistência mecânica e à corrosão elevadas e são de fácil usinagem, porém são as
ligas que mais apresentam problemas na fundição. São utilizadas principalmente em
locais agressivos, como em contato com água salina. (1)
– Ligas alumínio-cobre
Por normalmente conterem magnésio como elemento secundário, são ligas
tratáveis e de boa usinabilidade. A resistência à oxidação é baixa, o que torna peças
produzidas com estas ligas sujeitas a corrosão externa e intergranular. Tem como
uma das principais aplicações a produção de componentes, principalmente
estruturais, de automóveis. (2)
– Ligas alumínio-silício
Costumam ser ligas não tratáveis termicamente, porém são as mais utilizadas
nos processos de fundição. Isto se deve ao fato de que o silício abaixa o ponto de
fusão do alumínio sem fragilizá-lo e confere excelente fluidez ao material quando
próxima da composição eutética. Porém a usinabilidade é prejudicada, e quando
7
hipereutético apresenta fases de silício primário, altamente prejudicial para as
ferramentes. São utilizadas na fabricação de componentes automotivos, em cilindros
e bombas por exemplo. Quando necessário pode se adicionar um pouco de
magnésio para tornar a liga suscetível a tratamento térmico (8)
Uma vez que a atividade principal foi realizada em cima de uma liga alumínio-
silício, esta será aprofundada a seguir.
2.5 LIGA ALUMÍNIO SILÍCIO
Atualmente estas ligas representam cerca de 95% das peças produzidas por
fundição (4) devido a combinação de propriedades que podem ser atingidas. Entre
elas, as mais importantes: fluidez e baixo coeficiente de expansão que minimiza o
aparecimento de trincas durante a solidificação da peça. Em se tratando de
microestrutura, esta é formada de uma fase primária podendo ser de alumínio ou
silício puro e, uma fase composta por estes elementos em conjunto.
Quando adicionada a quantidade do eutético de silício ao alumínio, a
microestrutura deixa de possuir duas fases, passando a ser composta totalmente
pela fase eutética. Ligas com teor de silício entre 11% e 13% são consideradas
eutéticas, porém a concentração exata em que todo o alumínio fica combinado com
silício é de 12,7%. Sendo assim, as ligas com porcentagem menor são chamadas
hipoeutéticas e as com porcentagem maior hipereutéticas.
- Hipoeutéticas
São as ligas mais utilizadas na fundição sob pressão. A solidificação destas
ligas acontece em um intervalo bastante extenso, 590 - 520 ºC e ocorre de forma
pastosa, devido à formação de dendritas de alumínio puro ao invés de agulhas de
alumínio-silício. (3)
O grande intervalo de solidificação permite que a liga se „acomode‟ melhor
enquanto volta a forma sólida, garantindo uma melhor compactação da peça. A
solidificação pastosa é altamente benéfica para o processo de fundição sob pressão,
uma vez que a pressão exercida sobre o metal líquido é transmitida mais
uniformemente e por mais tempo do que se o processo ocorresse por casca. Isto
8
reduz a tendência a formação de rechupes. As principais características destas ligas
são:
Boa fluidez;
Baixa tendência a formação de trincas a quente;
Extenso intervalo de solidificação.
- Eutéticas
Como já citado, são as ligas com composição entre 11% e 13% de silício em
peso. Possuem um intervalo de solidificação bem mais estreito, de 585 – 575 ºC e
esta ocorre sem passar por um estágio pastoso, sendo uma transformação
diratamente de líquido para sólido, ou também chamada de solidificação por casca.
(3)
Os teores mais elevados de silício aumentam ainda mais a fluidez do metal
líquido, porém estas ligas são mais utilizadas em fundição sob gravidade. A
solidificação por casca prejudica a transmissão de pressão pelo material na injeção
da fundição sob pressão, aumentando a probabilidade de ocorrência de rechupes.
Como estes defeitos são mais acentuados em regiões com grande concentração de
material, esta composição de liga é indicada para peças que não possuam muitas
variações de espessura ou massas isoladas e que não dependam de sanidade
interna. As principais características das ligas eutéticas são:
Excelente fluidez;
Resistência à formação de trincas a quente;
Intervalo de solidificação estreito;
Minimiza os defeitos superficiais, levando-os para o interior da peça.
- Hipereutéticas
São ligas utilizadas quase que somente na fundição sob gravidade. Ao invés
de alumínio primário, estas ligas apresentam silício primário em sua microestrutura,
na forma de plaquetas. Esta fase de silício possui elevada dureza e confere às
peças uma alta resistência ao desgaste, porém piora drasticamente a usinabilidade
destas, diminuindo a vida útil das ferramentas de usinagem. (6)
9
A fase de silício primário se forma devido ao teor excessivamente alto de
silício que ultrapassa o limite de solubilidade deste, no alumínio. Devido à excelente
resistência ao desgaste que esta liga possui, este material é largamente utilizado na
produção de pistões. As principais características das ligas eutéticas são:
Elevada dureza;
Excelente resistência a abrasão;
Baixa usinabilidade.
Figura 1: Metalografia de uma liga Hipoeutética (dir.) e de uma liga Hipereutética (esq.)
Aumento de 100x.
2.6 MÉTODOS DE FUNDIÇÃO
Devido à grande variedade de ligas alumínio-silício, e estas variarem em uma
faixa bastante extensa de composições, é possível utilizar-se diversos métodos de
fundição para produção de peças com estas ligas.
2.6.1 FUNDIÇÃO POR BAIXA PRESSÃO
É um processo que consiste em encher o molde através da aplicação de
níveis de pressão abaixo de 1 atm, podendo chegar a níveis próximos de 0,2 atm. O
metal líquido, normalmente em um forno localizado em baixo da cavidade, a
alimenta através de um tubo que dosa a quantidade de material de acordo com a
peça a ser produzida. A pressão dentro do molde é então reduzida e o alumínio
líquido é „sugado‟ preenchendo gradativamente a matriz. (3)
10
As peças produzidas deste jeito costumam apresentar boas propriedades
mecânicas, isso torna a fundição por baixa pressão viável para a produção de
produtos automotivos, como carcaças e aros.
O fato de o metal líquido ser puxado para dentro da cavidade, diretamente do
forno, traz alguns benefícios: Reduz a influência do operador sobre o resultado
obtido nas peças; Diminui a tendência a formação de poros e rechupes; Reduz a
necessidade da adição de massalotes, podendo eliminá-los por completo da peça,
agilizando os processos seguintes de acabamento e fazendo com que menos
material seja retrabalhado.
Figura 2: Esquema do processo de fundição por baixa pressão
(Imagem adaptada de: www.lmctechnology.com)
A forma como o alumínio preenche o molde é semelhante ao do processo de
fundição sob gravidade, exceto que ocorre em sentido inverso. Portanto, as ligas
utilizadas nestes dois métodos são parecidas e devem possuir fluidez elevada. Outra
semelhança entre os dois processos está nas matrizes utilizadas, sendo estas
normalmente metálicas e necessitando uma camada de pintura com tinta refratária
11
para reduzir a aderência do material à cavidade uma vez que quando com teores
menores do que 1,3% de Fe, a liga reage com o ferro do molde. (3)
As vantagens deste modo de fundição:
Transferência controlada do material, reduzindo agitação do mesmo;
Redução de retrabalho e processos de acabamento;
Bom rendimento de produção;
Bom rendimento metalúrgico.
E como desvantagens podemos citar:
Custo elevado do ferramental;
Limitado a espessuras de parede maiores;
Acabamento superficial inferior quando comparado com a fundição sob pressão.
2.6.2 FUNDIÇÃO SOB GRAVIDADE
É um dos dois processos utilizados na empresa Wetzel S.A. – Divisão
Eletrotécnica é considerado um dos mais simples existentes. Diferentemente dos
outros métodos de fundição, o preenchimento da cavidade acontece por força única
da gravidade. O metal líquido é despejado em uma abertura chamada de bacia. A
etapa seguinte pode acontecer de dois modos: Estático - o qual é utilizado na Wetzel
S.A., onde o material é vazado diretamente no canal de alimentação do molde;
Basculante - onde o alumínio é colocado na bacia e, através da rotação da matriz,
vaza para dentro do molde. Este segundo método, apesar de utilizar equipamentos
mais caros, aumenta a qualidade do produto, diminuindo a influência do operador
sobre os resultados obtidos nas peças e direciona a solidificação.
Os moldes, também chamados de coquilhas, costumam ser metálicos e
devem ser pintados com tinta refratária para diminuir a aderência do alumínio líquido
a cavidade da ferramenta, e se necessário proporcionar solidificação preferencial
reduzindo rechupes e porosidade excessiva.
O processo de fundição por gravidade permite a utilização de machos de
areia, porém estes são opcionais e dependem da peça a ser produzida. Peças que
precisam de boas propriedades mecânicas, como bombas e carcaças, são
produzidas desta forma.
12
Figura 3: Esquema representativo da fundição por gravidade estática
(Imagem do programa Flow 3D)
Como todos os outros métodos de fundição, a por gravidade possui
vantagens e desvantagens quanto a seu uso. Como pontos positivos podemos citar
alguns (2):
Ferramental relativamente barato, quando comparado com outros processos de
fundição;
Produção de peças maiores e robustas;
Possibilidade do uso de machos de areia.
E como pontos negativos:
Produção mais lenta do que pelos outros processos;
Limitado a espessuras de parede não tão pequenas;
Maior influência do operador sobre o produto final;
Maior quantidade de material para retrabalho.
2.6.3 FUNDIÇÃO SOB PRESSÃO
É o processo de fundição mais utilizado para produção de peças em alumínio
e o mais utilizado dentro da Wetzel S.A. – Divisão Eletrotécnica. Baseia-se na
aplicação de pressão no metal líquido por meio de um pistão, para preenchimento
rápido da cavidade. Existem dois modelos diferentes de máquinas injetoras, de
câmara fria e de câmara quente.
13
Câmara fria: É necessário um forno de espera ao lado da injetora, através de
um operador ou de um sistema automatizado, o material é retirado do forno e
despejado em uma abertura no cilindro de injeção, que fica na horizontal conectado
ao molde, a abertura serve de „dosador‟ para que a quantidade de alumínio seja
compatível com o tamanho da peça.
Câmara quente: O pistão do sistema de injeção fica conectado diretamente ao
forno, na vertical e, força o alumínio líquido do forno diretamente para o interior do
molde, sem necessidade de se retirar o material do forno com uma concha.
Figura 4: Esquema de uma injetora de câmara fria (esq.) e outra de câmara quente (dir.)(3)
Apesar de ser o mais utilizado, o processo de fundição sob pressão não é
ideal para produção de todos os tipos de peça, apesar de, no geral, ser muito viável.
Vantagens:
Pode produzir peças com paredes de até 1 mm;
Alta velocidade de produção devido ao resfriamento rápido do metal;
Ótimo acabamento superficial;
Boa precisão dimensional.
Porém, velocidades de preenchimento de até 60 m/s acarretam alguns pontos
negativos:
Desgaste acelerado do molde;
Tendência a aderência das peças ao molde, obrigando o uso de teores elevados
de ferro;
Preenchimento turbulento, permitindo formação de filmes de óxido e porosidades
na peça.
14
2.6.4 TIXOFUNDIÇÃO
É também conhecida por fundição de ligas semi-sólidas, uma vez que
trabalha com o alumínio em um estado pastoso, composto de 60% fase sólida e
40% líquida. É um processo bastante novo, comparado com os outros tipos de
fundição para o alumínio, apesar de que em países desenvolvidos já é bastante
utilizado a quase 30 anos.
A liga em forma de „pasta‟ utilizada no processo é de fácil manuseio quando
em repouso e quando aplicada uma pressão a ela, atinge caraterísticas do material
líquido, inclusive a fluidez, facilitando o processo. A tixofundição utiliza conceitos
próximos ao da fundição sob pressão uma vez que a liga também é injetada para
dentro do molde. No processo de preenchimento da cavidade, ao aplicar-se pressão
sobre o metal líquido, este se comporta semelhante a um líquido porém a
viscosidade da liga semi-sólida diminui a penetração de gases e consequentemente
o número de peças defeituosas.
A fluidez alcançada pela liga é facilitada pela forma esferoidal das partículas,
as quais são dendríticas nas outras fundições. Além de beneficiar a fluidez, isto
diminui drásticamente o atrito do alumínio com a matriz, reduzindo o desgaste da
mesma e aumentando sua vida útil juntamente com a produtividade da ferramenta.
Vantagens da Tixofundição
Redução no custo de fundição;
Redução na porosidade das peças;
Menor desgaste da ferramenta;
Redução no peso das peças, possivelmente de mais de 30%.
Desvantagens:
Elevado custo do ferramental;
Escassez de matéria prima no mercado brasileiro;
Falta de conhecimento especializado no assunto.
2.7 TRATAMENTOS DA LIGA
O metal, quando em estado líquido, fica sujeito a diversas reações adversas
para os processos de fundição deste, principalmente por que quanto maior a
15
temperatura de um material, maior sua reatividade com outros elementos. Para
reduzir e possivelmente evitar estes problemas, é necessário que se façam
alterações ou correções do alumínio líquido diretamente na panela do mesmo. São
feitos três tipos principais de tratamento: Modificação, desgaseificação e
escorificação.
2.7.1 MODIFICAÇÃO
Trata-se da adição de um elemento modificador, podendo ser utilizado titânio,
estrôncio, boro, ou no caso da Wetzel Eletrotécnica, o sódio. O elemento em forma
de pó é colocado no alumínio líquido e misturado para que todo o material sofra a
modificação. A quantidade de modificador adicionada leva em consideração a
geometria da peça a ser produzida assim como as propriedades mecânicas
desejadas.
O objetivo deste tratamento da liga é principalmente refinar a microestrutura
do alumínio. Isto acontece devido a criação de um elevado número de núcleos de
solidificação, deste modo várias dendritas 'crescendo' ao mesmo tempo acabam se
encontrando e estabilizando-se em tamanhos menores, mais refinados. A formação
de rechupes na peça é dificultada, porém o aparecimento de microporosidades é
mais frequente. (2)
A modificação altera também a consistência do metal líquido, deixando-o mais
pastoso. A criação de novos núcleos de solidificação auxilia na homogeneização da
microestrutura, fazendo com que o eutético fique melhor distribuído.
2.7.2 GASEIFICAÇÃO
O tratamento de gaseificação, também feito nos fornos da fundição sob
gravidade, pode ajudar a remover impurezas mas tem como principal objetivo
aumentar o teor de gás do metal. É feito utilizando-se pastilhas que liberam gases,
no caso da Wetzel S.A., são utilizadas „pastilhas gaseificantes de hidrogênio‟. (6)
As pastilhas de gaseificante são colocadas no fundo do cadinho com o
alumínio líquido e são mantidas lá com o uso de um mergulhador, uma espécie de
concha furada de aço. O gaseificante libera aos poucos bolhas de gás que se
16
difundem no material e tendem a expandi-lo reduzindo o aparecimento de rechupes
e induzindo a formação de poros gasosos. O hidrogênio também se combina com os
outros gases presentes no metal fundido levando-os para a superfície. Isto acontece
com outras impurezas presentes no alumínio
Na Wetzel S.A. - Divisão Eletrotécnica, este processo não é realizado com
todas as ligas, apenas com a liga utilizada para peças resistentes à corrosão, ou
Liga 54. Como os componentes produzidos pela fábrica não são altamente
dependentes de propriedades mecânicas elevadas, este tipo de tratamento de liga
não é obrigatóriamente necessário.
2.7.3 ESCORIFICAÇÃO
A adição de elementos escorificante é bastante interessante uma vez que
diminui o desperdício de material puro quando feita a limpeza do metal líquido. Os
sais escorificantes são espalhados sobre a panela, sem que seja feita agitação do
material, porém a utilização de fluxo escorificante também pode ser utilizada, já que
esta age nas concentrações de óxido imersas no metal. O objetivo principal de tal
aditivo é reagir com óxidos e com a borra depositada sobre o alumínio.
O escorificante utiliza o oxigênio do óxido de alumínio como comburente em
uma reação de queima. Consumindo o oxigênio, é possibilitada a liberação, de volta
ao material do forno, do alumínio puro, antes combinado com impurezas formando a
escória.
Além de se reduzir os gastos da produção relacionados com o desperdício de
matéria prima, este processo aumenta a produtividade observando-se o fato de que
quanto menos material é descartado do forno, menor será a necessidade de
reabastecimento da panela.
2.8 DEFEITOS DE FUNDIÇÃO
Durante a produção as peças estão sujeitas a uma diversidade de defeitos, no
momento em que são vazadas na coquilha ou injetadas sob pressão, durante o
acabamento da fundição, no processo de pintura, ou durante o processo de
17
usinagem. Os defeitos de fundição, na maioria das vezes visíveis a olho nú, podem
gerar desde problemas que afetam apenas aspectos estéticos até defeitos que
obrigam a peça a ser descartada.
2.8.1 POROSIDADE GASOSA
É o maior causador de refugos na produção, o número de peças rejeitadas
por este motivo é ainda maior do que é observado na fundição. Isso se deve ao fato
de uma grande parte de peças, aprovadas na fundição, poderem vir a ser
descartadas na usinagem. Muitas vezes os poros não são visíveis na superfície,
porém estão presentes no interior da peça. Ao serem usinadas, estes poros podem
ser revelados, fazendo com que a peça seja rejeitada como defeito de usinagem,
quando na verdade a real causa é a porosidade interna. Este problema acontece
principalmente em peças que serão usinadas com rosca.
O alumínio, quando sólido, praticamente não permite a penetração de gases
em sua matriz, porém, conforme a temperatura aumenta e o metal se funde, tais
gases começam a ser absorvidos, principalmente o hidrogênio. Para se ter uma
ideia, a cada 110 ºC a quantidade de hidrogênio que pode solubilizar-se no alumínio
dobra. A presença de gases além de tudo causa pontos de oxidação do material,
gerando regiões mais duras que prejudicam etapas seguintes da produção. (5)
Figura 5: Exemplo de porosidade revelada após a usinagem da rosca
18
Vários gases podem causar defeitos por poros, porém o mais importante é o
hidrogênio, devido à grande presença deste no ambiente da fundição. O H2 pode
entrar no alumínio através de
Superaquecimento do banho
Umidade do ar
Lingotes ou retornos úmidos
Insumos com umidade
Machos, ferramentas e qualquer equipamento que entre em contato com o
material sem ser previamente aquecido e seco.
Para reduzir os defeitos causados pela porosidade gasosa deve-se tomar
alguns cuidados quanto ao manuseio do metal líquido. Algumas precauções que
devem ser observadas para reduzir este problema:
Evitar ao máximo agitar o material
Manter o forno fechado sempre que possível
Não 'super aquecer' o material, uma vez que quanto maior a temperatura maior a
solubilidade dos gases na matriz
Pré aquecer tudo que entrará em contato com o material
Adicionar massalotes ao molde de forma que os gases sejam „empurrados‟ para
ele, causando porosidade lá.
Promover saídas de ar em pontos estratégicos da cavidade
2.8.2 SOLDA FRIA
Também chamada de junta fria. acontece preferencialmente em peças com
espessuras de parede pequenas, a Divisão Eletrotêcnica produz uma grande
variedade de peças com paredes que vão de 1,5 a 6 mm portanto é comum
observarmos peças com presença de solda fria.
Quando vazado ou injetado no canal do molde, o alumínio líquido tende a
distribuir-se prenchendo toda a cavidade. Em muitos casos, existem vários caminhos
por onde o material pode seguir e, muitas vezes, duas frentes de solidificação do
19
metal podem se encontrar. Se a temperatura das frentes estiver muito baixa ou a
camada de óxido muito espessa, acontece de não ocorrer a junção total do material,
resultando em uma espécie de fenda.
Figura 6: Exemplo de solda fria em peça de alumínio.
Esta visível descontinuidade na peça age semelhante a um entalhe
concentrador de tensões e facilitador da propagação de trincas. Além disso, a solda
fria compromete a resistência mecânica do componente.
Este tipo de defeito pode ocorrer por:
Temperatura do metal ou da ferramenta muito baixa;
Tempo muito grande para preenchimento da cavidade;
Baixa fluidez do material.
2.8.3 RECHUPE
É também um tipo de porosidade, porém não causada pelo aprisionamento de
gases no material, mas pela contração do metal durante a solidificação. Qualquer
liga para fundição, não apenas de alumínio, está sujeita a rechupes e estes
costumam acontecer em regiões de acúmulo de material. Quanto maior a
quantidade de metal, mais expressiva é a contração.
Conforme o metal solidifica, é necessário que material líquido preencha o
vazio causado pela contração. Se não houver de onde esse material vir, os vazios
se formam. A adição de massalotes a peça são de fundamental importância para
evitar os rechupes, pois são zonas que não fazem parte da peça e solidificam por
20
último, sendo assim, enquanto o alumínio contrai no interior da peça, metal líquido
da região do massalote completa a falha criada.
2.8.4 TRINCAS À QUENTE
Como o nome indica, são trincas que surgem enquanto a peça se encontra
quente, durante a solidificação ou momentos após esta. Durante o resfriamento da
peça, o material, antes dilatado, começa a retrair-se. O molde da peça por sua vez
mantém suas dimensões. Sendo assim, formam-se tensões no metal vazado que
podem vir a gerar trincas. Esse problema é influenciado por (8):
Composição química da liga, sendo que quanto mais pura, maior a probabilidade
do surgimento de trincas. Pode ser minimizado alterando-se a composição da liga
utilizada e pela adição de elementos modificadores, alterando a microestrutura da
liga.
Geometrias da peça, uma vez que estas podem aumentar as tensões na
superfície do componente. Para reduzir este problema deve-se reduzir cantos vivos
na peça através do uso de um raio maior nas curvas e usando-se resfriadores
localizados para controlar a solidificação.
3 CONTROLE DA LIGA 50
3.1 DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE
Foi realizado um acompanhamento da liga utilizada na empresa, desde o
momento em que chega, até o momento em que é vazada no molde para a
produção de peças. Durante este processo foram feitas diversas avaliações do
material e alguns estudo acerca do que foi visto.
Atualmente a Divisão Eletrotécnica utiliza duas ligas, as quais possuem as
nomenclaturas internas de liga 50 e 54. A liga 54, também chamada de Copper Free
é comprada na forma de lingotes, já a liga 50, chega tanto na forma de lingotes
21
como já na forma líquida. A composição química destas duas ligas citadas pode ser
conferida na tabela abaixo.
Tabela 1: Composição química das ligas 50 e 54.
Norma Nomenclatura
Interna
Composição (% em peso) – min - máx
Si Cu Fe Mg Mn Cr Ni Pb Sn Zn Ti Al
Não possui Liga 50 8 0,7 0,6 - - - - - - - - R
esto
13,5 4 1,2 0,55 0,6 1,1 0,6 0,35 0,25 3 0,2
EM AC-Al Si10Mg Liga 54 9,5 - - 0,3 - - - - - - 0,08
10,5 0,03 0,4 0,4 0,45 0,15 0,05 0,05 0,05 0,1 0,12
A liga 50 líquida chega diretamente para um forno barril, de onde é
posteriormente retirada e levada a dois fornos de fusão para que sejam preparadas,
adicionando-se lingotes, retornos da produção e silício metálico de acordo com a
necessidade. Os fornos de fusão tem como objetivo abastecer os dois setores de
fundição, sendo que cada um abastece somente o seu respectivo setor.
A liga que vai para a fundição sob pressão é distribuída aos fornos de espera
da forma como chega a empresa, já o material para o setor de fundição por
gravidade precisa de algumas alterações. Como o teor de ferro deve ser reduzido, é
feita uma diluição da liga com a adição de lingotes de liga 54 e como o silício precisa
estar em concentrações mais altas, é adicionado silício metálico até que o mesmo
atinja uma concentração próxima a do eutético (12,6%). Para a produção de peças
de maior qualidade, tanto de resistências mecânicas como de resistência à corrosão,
um forno de espera é preparado, derretendo-se apenas lingotes de liga 54. As peças
produzidas com este material compõe a linha Copper Free da empresa, indicada
para aplicação em ambientes agressivos.
Após o preparo do material líquido, este é distribuído aos fornos de espera
dos dois setores de fundição. Na fundição sob pressão o material está pronto para
ser utilizado na produção de peças. No setor de fundição sob gravidade, ainda nos
fornos de espera, é feita a modificação da liga e gaseificação, quando aplicável. No
decorrer da produção, caso alguma peça comece a sair com defeito, o próprio
operador da coquilha corrige o material, conforme acredita ser necessário. Desta
forma, visto que o defeito pode estar sendo causado por diversos motivos, não é
ideal que se tente corrigir a liga antes de se identificar o fator causador do problema.
Isto evita possível desperdício de elementos de liga e insumos, uma vez que a
irregularidade pode estar na temperatura do material ou da ferramenta. Além de
22
evitar gastos desnecessários com compenentes de liga, evita-se também
desperdício de tempo e mão de obra, uma vez que, enquanto a real causa dos
refugos não for sanada, a produção fica estagnada.
O foco da atividade desenvolvida, foi realizar o controle da liga utilizada na
produção, através da análise química deste material, avaliando o impacto que isto
pode causar na produção das peças.
Durante todo o período de estágio, com exceção da primeira semana, foram
feitas análises diárias do material que estava sendo utilizado na produção de peças
na fundição sob gravidade, assim como análises nos fornos de fusão, no forno barril
e nos lingotes de liga 50. O que se observou foi que os lotes da matéria prima que
chegam do fornecedor possuem teores de silício variados. O fato da liga em questão
apresentar um extenso intervalo de composição faz com que o acompanhamento
desta seja bastante importante, uma vez que o principal elemento de liga, silício,
pode variar de 8% à 13,5% em peso. Este intervalo abrange composições
hipoeutéticas, eutéticas e hipereutéticas, cada uma com suas características
próprias.
Quando é comprada a matéria prima, esta pode vir com os valores desde
mínimos até os valores máximos de cada elemento, continuando a ser considerada
correta, porém na adição de silício, por exemplo, essa variação não é levada em
conta. Hoje em dia, a concentração de silício comum na liga comprada é de 8% à
9%. No forno de fusão para a FSG (fundição sob gravidade) é sempre adicionado
4% de silício metálico em peso, o que, somado ao teor da matéria prima citada, fica
em torno dos 12,6% desejados. O grande problema acontece quando o alumínio
comprado chega com teores já elevados, acima de 10% como foi observado alguns
dias. A adição do silício eleva seu teor a valores bem maiores do que o desejado,
resultando em material hipereutético, prejudicial para a usinagem. Os teores de Fe,
Mn e Cr também devem ser controlados devido a formação de compostos
intermetálicos, os sludges, O índice de segregação não deve ultrapassar 1,55%,
porém foram observados dias em que este teor era maior do que 2%.
Apesar de, na maioria das vezes, os teores dos elementos da liga estarem
dentro dos limites especificados, é interessante citar algumas das composições
encontradas durante este estudo sobre a composição das ligas. Foram encontrados,
algumas vezes, teores de silício menores que 10%, chegando a valores de 8,4%,
uma liga hipoeutética sem a fluidez que o silício pode promover. Por outro lado,
23
diversas vezes foram analisadas ligas com teores acima de 13% de silício, algumas
vezes chegando a concentração de 13,85%, caracterizando uma liga hipereutética
com fases de silício primário, prejudicial para as ferramentas de usinagem.
Para evitar casos como os citados, recomenda-se a realização de uma
análise composicional do material do forno, seguida de correções quando
necessárias, logo no começo da produção ou possivelmente antes mesmo desta
começar. Em alguns períodos de produção, no setor de fundição por gravidade, são
vazadas peças com duas ligas diferentes. Na troca de turnos, os novos funcionários,
na maioria das vezes, continuam utilizando aquele mesmo material. A prática da
análise de liga elimina qualquer possível falha de comunicação que possa vir a
acontecer, evitando que aconteçam casos pontuais, como o observado em um dia
de acompanhamento, em que, uma peça que era para ser produzida com liga 50, foi
vazada com 54.
3.2 ADIÇÃO DE SILÍCIO
Durante a atividade de controle da liga e o tempo de acompanhamento na
fábrica, surgiram alguns outros pontos que atraíram atenção em relação aos
cuidados com a preparação da liga. Além da quantidade de silício adicionada existe
também o tempo necessário para a dissolução do mesmo no metal líquido, não
esquecendo que, se não for dado tempo suficiente para a solubilização deste
elemento, o mesmo ficará em forma de plaquetas de silício primário, causando os
mesmo problemas na usinagem que uma liga hipereutética causa além de promover
o desperdício de insumos.
Em alguns dias aleatórios, foi acompanhada a preparação da liga para a
gravidade ao mesmo tempo em que foram retiradas amostras do material. Na
primeira hora após a adição do silício e depois, regularmente, de meia em meia hora
até a quarta hora. Não foram retiradas amostras logo após a adição do elemento de
liga, pois, durante a preparação da liga, não se tem acesso ao material do forno.
As amostras foram lixadas e polidas para observação no microscópio ótico,
afim de avaliar o tamanho das partículas de silício primário presentes em cada peça.
24
Figura 7: Microestrutura 1 hora (esq.) e 2 horas (dir.) após adição do silício. Aumento de 200x
Como pode ser visto na comparação da figura 7, as plaquetas de silício
diminuem significativamente com o passar do tempo devido a sua solubilização no
metal fundido e, além disso, se tornam muito mais escassas. Na moeda retirada
uma hora após a adição, as concentrações de silício primário eram bastante
numerosas, diminuindo visivelmente nas amostras seguintes e sendo totalmente
dissolvido após três horas e meia. Durante a observação no microscópio ótico, foram
medidos alguns pontos de silício primário para que se pudesse ter uma média do
tamanho destes pontos e então foi criado um gráfico
Tabela 2: Relação entre tempo decorrido desde a adição e tamanho do silício
Tempo (min) Tamanho do Silício
(mm)
60 0,1015
90 0,0665
120 0,0445
150 0,03
180 0,012
210 0
25
Tamanho Vs. Tempo
y = 3E-06x2 - 0,0014x + 0,1711
R2 = 0,9948
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0 50 100 150 200 250
Tempo Decorrido (min.)
Tam
an
ho
do
Silíc
io (
mm
)
Gráfico 1: Tamanho das plaquetas de silício Vs. Tempo decorrido desde sua adição
Não existe nenhum tipo de controle relacionado ao que foi estudado, sendo
que o material preparado é utilizado para abastecer os fornos de espera sempre que
estes se encontram com um nível baixo de metal fundido, não importando se a liga
foi recém preparada. Houve ocasiões em que uma liga estava sendo utilizada na
produção apenas uma hora e meia após sua preparação. A figura 8 mostra a
microestrutura de uma amostra de material retirado de um forno de espera que
estava sendo utilizado na produção, apresentando um número bastante elevado de
plaquetas de silício primário.
Figura 8: Microestrura de uma amostra de material retirado durante a produção. Aumento 100x.
26
3.3 ADIÇÃO DE MODIFICADOR
A modificação da liga é outra prática que poderia ser controlada a fim de
melhorar a qualidade das peças produzidas e reduzir o desperdício de insumos de
produção. A quantidade ideal de modificador a ser adicionada aos fornos de espera
do setor de fundição por gravidade é de cerca de 0,5 % em peso, porém, nada é
feito para que isso seja cumprido. A adição de tal insumo é feita sempre que o
operador julga necessário e sempre com a mesma medida mesmo para diferentes
tamanhos de fornos e níveis de material.
A adição em excesso de modificador pode, além de ser considerada
desperdício, causar uma transformação chamada „supermodificação‟ na liga, que
refina em excesso a microestrutura do metal.
Figura 9: Microestrutura de uma liga modificada (esq.)aumento 100x, e de uma liga
supermodificada (dir.) aumento 200x.
Quanto menores os grãos de uma microestrutura, menos dúctil e mais frágil o
material se torna. A supermodificação portanto fragiliza consideravelmente o
alumínio.
O elemento modificador possui um tempo de ação, sendo que, após esse
período, seu efeito cessa e a microestrutura do material volta a ficar grosseira. Este
tempo é estimado em cerca de 90 minutos. Portanto, é interessante também que se
tenha controle sobre isso, evitando a adição de modificador que não será utilizado.
27
3.4 SOLUÇÕES
Visto que não existe apenas um ponto a ser corrigido tratando-se do controle
da liga, seria necessário um conjunto de ações a fim de melhorar ou solucionar este
caso. Seria necessário o desenvolvimento de uma rotina de verificação de amostras
do material, mantendo um controle do material que está sendo manuseado desde o
momento em que este chega a fábrica, enviado pelo fornecedor, até o momento em
que é usado na produção de peças.
Uma rotina de verificação eficiente seria:
1. Análise de composição do alumínio líquido e dos lingotes fornecidos assim
que estes chegam a fábrica.
2. Preparação da liga a ser distribuída aos fornos de espera de acordo com a
composição e quantidade de cada matéria prima adicionada e outra
análise composicional assim que o preparo for finalizado.
3. Devido a presença de elementos mais densos que tendem a se depositar
no fundo do forno, seria ideal que fosse feita outra análise química do
material toda vez que a liga fosse retirada do forno intermediário para
reabastecimento dos fornos de espera.
4. Após o abastecimento total do forno de espera, deve-se então adicionar o
modificador de acordo com a capacidade total do forno, sendo
interessante o uso de uma caneca de medida graduada.
5. Também é possível que se façam análises químicas do material sempre
que surja alguma dúvida quanto a composição da liga, pois o processo de
verificação é rápido e de baixo custo.
A realização dos procedimentos citados garantiria aos operadores o
conhecimento do material com que se está trabalhando e evitaria facilmente
acontecimentos como o citado anteriormente, em que um lote de uma peça correu o
risco de ser totalmente descartado devido à produção do mesmo com a liga
incorreta.
Durante o período de estágio, as análises foram todas feitas no laboratório da
Wetzel S.A. – Divisão Alumínio, pois a Divisão Eletrotécnica não possui
equipamento para tais fins. Foi informado que, no fim deste ano seriam contratadas
28
pessoas dedicadas a operação do espectômetro, equipamento utilizado para a
análise química. Isto facilitaria ainda mais o processo, pois tomaria menos tempo do
funcionário responsável por levar as amostras até o laboratório e não exigiria
treinamento especial do mesmo.
3.5 CONCLUSÕES
Através do acompanhamento da produção e da prática diária da análise de
composição química ficou visível a influência do metal líquido utilizado sobre o
número de peças descartadas. Infelizmente não foi possível fazer um levantamento
preciso acerca desta influência pois existe um problema no apontamento de refugo
por parte dos operadores. Isto vem sendo minimizado com acompanhamento e
conscientização dos funcionários. A outra atividade apresentada no relatório visou
este trabalho de observação.
Procurar alcançar um controle totalmente rígido do material seria inviável
devido ao custo que seria gerado por isso, porém, a falta desta verificação de liga
também gera seus gastos, seja por uso desnecessário de insumos, por atrasar a
produção ou pelo retrabalho de peças gerado. O ideal seria que se alcançasse um
ponto ótimo entre nível de controle e custos gerados.
Gráfico 2: Relação entre rigidez do controle e custos resultantes.
29
4 VERIFICAÇÃO DE REFUGO
4.1 DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE
Foi solicitado que se fizesse um acompanhamento do apontamento de refugo
realizado pelos operadores das máquinas, a fim de verificar se este estava sendo
feito de forma correta e, caso não estivesse, identificar o que estaria fora do padrão.
Em seguida, foi proposto um estudo acerca da redução de refugo, juntamente
com o setor de Apoio a Qualidade. Foi escolhida uma peça com alto índice de
retrabalho e esta foi acompanhada durante sua produção para que possivelmente se
identificasse as causas.
4.2 APONTAMENTO DE REFUGO
No decorrer de alguns dias escolhidos aleatóriamente, foi feito um
acompanhamento da produção no setor de fundição por gravidade. Durante estas
observações, realizou-se um apontamento de refugo baseado no que se viu,
definindo a quantidade de peças descartadas e o motivo. Posteriormente foram
recolhidas as folhas de apontamento preenchidas pelos próprios operadores das
coquilhas para uma comparação entre as anotações.
O acompanhamento não foi feito do início ao final de um turno devido à não
compatibilidade entre os turnos da fábrica e o turno do estagiário. Portanto não foi
possível observar o início da produção, uma vez que esta acontece muito cedo. O
tempo de permanência no setor de FSG variou, de 3 horas em alguns dias até cerca
de 5 horas em outros.
Durante os dias em que a produção foi acompanhada, percebeu-se uma
inconformidade em relação a causa dos refugos. O apontamento feito pelos
operadores indicava que 100 % dos descartes ocorria no período de aquecimento da
máquina. Este tipo de defeito, considerado como „refugo de aquecimento‟, acontece
logo no início, durante o vazamento das primeiras peças, até que se adeque o ritmo
de produção. Porém, observou-se que alguns refugos que apareceram horas depois,
ainda eram anotados desta forma. Defeitos de aquecimento não entravam nos
cálculos, portanto isso gerava informações não confiáveis. Devido a estes
30
acontecimentos, este tipo de refugo (denominado aquecimento), passou a ser
incluído como um índice da fábrica.
Mesmo com esta mudança, os números de refugo não sofreram alteração
significativa e surgiu a possibilidade do problema acontecer no período inicial do
turno, em que o acompanhamento não era feito. Foi combinado com um funcionário
do Apoio à Qualidade, que fosse vistoriada a etapa de aquecimento da ferramenta.
Em um dia de observação, das 46 peças fundidas 18 foram refugadas, entre
aquecimento e produção, quase 40% e cerca de 20 vezes maior do que o 1,8%
registrado no sistema.
Acredita-se então que a raiz do apontamento incorreto de peças descartadas
seja este, os verdadeiros refugos de aquecimento não estão sendo considerados e
os descartes por defeitos de fundição, como soldas frias e porosidades, são
marcados como sendo do período inicial da produção. Com base nos dados
informados, a gerência da fábrica, juntamente com os supervisores da produção,
desenvolveu um plano de ação, implementando formas de controle mais eficazes,
resolvendo assim a causa destes desvios.
4.3 ESTUDO DE REDUÇÃO DO REFUGO
Os principais defeitos de fundição na Divisão Eletrotécnica atualmente são,
em ordem crescente, soldas frias, trincas a quente e porosidades. Sendo estes
responsáveis por 56% de todo o refugo.
A peça escolhida para estudo foi uma bucha de redução de 1.½” para 1” de
referência interna BR-9. Segundo o relatório de refugos do mês de setembro, a taxa
de refugo deste componente era de quase 13%. De início acreditava-se que a
principal causa era porosidade interna uma vez que quase toda sua superfície é
usinada.
Foram acompanhados dois lotes de produção da BR-9, sendo feito uma
análise detalhada sobre fatores que poderiam estar influenciando na qualidade final
da bucha como temperatura da ferramenta e do material e composição química da
liga. Durante o processo de fundição não se observou refugo algum e algumas
peças foram selecionada aleatoriamente para análise de porosidade por raios-x que
31
também não revelou nenhuma quantidade significativa de defeitos internos. Os lotes
foram usinados e o índice de refugo ao final dos processos foi de 1,4 %
A ação de controle da composição da liga e de variáveis do processo, como
temperatura da liga e do ferramental, em conjunto, foram responsáveis por esta
redução do refugo.
4.4 SOLUÇÕES
Mesmo após as atividades realizadas acerca do refugo e apontamento do
mesmo, acredita-se que tal processo ainda não seja feito corretamente.
O gerente ou os supervisores da manufatura farão uma conscientização com
todos os funcionários da fábrica diretamente envolvidos com este assunto, a fim de
deixar clara a importância de se obter informações verdadeiras do apontamento de
refugo. É importante deixar claro aos funcionários, que a informação correta destes
números, visa a melhoria da produção e das condições da liga fornecida a elas. O
apontamento incorreto diminui o ritmo de produção, visto que o tempo gasto com as
peças descartadas que não constam na folha de controle, é diluído no tempo das
peças boas, a impressão que fica é de que foi produzido um número de peças bem
menor do que o esperado.
Quanto a redução de refugo, a atividade ressaltou a importância da primeira
atividade relatada, de controle da liga. Apesar da quantidade de peças reprovadas
do lote acompanhado ter diminuído drásticamente de um mês para o outro, deve-se
realizar um trabalho semelhante com outras peças, melhorando ainda mais o
controle da produção.
4.5 CONCLUSÕES
Com a realização deste trabalho, se consolidou ainda mais a importância do
controle da liga utilizada, explicitado na atividade anterior, visto que se observou a
grande quantidade de peças descartadas por defeitos provenientes do material
líquido.
32
É visto que toda causa de refugo pode ser amenizada, cada uma com um
conjunto de ações adequadas, seja alterando-se a liga utilizada, adaptando-se o
ferramental ou variando-se parâmetros da fundição. Porém, para que isso possa ser
realizado, é necessário que se conheçam as verdadeiras causas dos problemas,
uma vez que, cada defeito exige uma ação corretiva em particular.
Sendo assim, para que uma rotina de redução de refugo possa ser
implantada na Divisão Eletrotécnica, deve-se primeiro conseguir que o
preenchimento da folha de produção seja feito de forma correta, assim, conhecendo-
se as causas reais, as verdadeiras inconformidades podem ser corrigidas.
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS
No decorrer do período do Primeiro Estágio Curricular, foi possível a aquisição
de conhecimentos bastante aprofundados na fundição de alumínio e ainda assim
uma introdução a produção de materiais de PVC, devido a liberdade concedida para
acompanhar a produção e controle de qualidade da empresa de dutos Wetzel
Univolt. Tal liberdade contribuiu de forma bastante positiva para que o estágio fosse
o mais proveitoso possível para a aquisição e consolidação de conhecimento.
As atividades realizadas dentro da empresa não se resumiram apenas as
citadas neste relatório, foram além de ensaios rotineiros e incluíram desafios
encontrados apenas no dia-a-dia de uma empresa. O trabalho constantemente
regido por prazos, os quais muitas vezes são bastante curtos, é outro ponto que só
se conhece vivenciando-o. São estas atividades, de certa forma inesperadas, que
contribuem para que o estudante alcance não só crescimento intelectual mas
também desenvolvimento pessoal e profissional.
Os trabalhos realizados, por incluírem acompanhamentos na fábrica e
atividades no setor de engenharia, possibilitaram uma observação bastante ampla
dos processos realizados tanto na produção, como no projeto de novos produtos.
Esta segunda parte sendo vista mais detalhadamente com o desenvolvimento de
uma nova metodologia de gerenciamento de projetos para a Engenharia de Produto,
que foi apresentada em reunião para que seja implantada em breve.
Fica como sugestão para o próximo estagiário, dar continuidade ao controle
da liga 50, uma vez que esta se mostrou uma variável importante na qualidade das
33
peças produzidas. Como a implantação do novo gerenciamento de projetos será
feita após o término deste estágio, sugere-se que o próximo estagiário participe
também desta atividade e se possível avalie a aceitação da nova proposta.
34
6 BIBLIOGRAFIA
(1) Associação Brasileira do Alumínio - ABAL. (s.d.). Acesso em 18 de 11 de 2011,
disponível em www.abal.org.br
(2) ABAL, Associação Brasileira do Alumínio (2007). Fundamentações e Aplicações
do Alumínio. São Paulo.
(3) Aluinfo. (s.d.). Acesso em 23 de Novembro de 2011, disponível em
http://www.aluinfo.com.br
(4) FUOCO, R. (2001). Fundição de Ligas de Alumínio.
(5) MOLINARI, M. Alumínio e suas Ligas.
(6) ROAY, L. E. Aluminum and Aluminum Alloys. Metals Handbook (9th ed., Vol. II).
(7) ASM. ASM Handbook: Casting. 2004.
(8) DUARTE, I. R. Processamento de Ligas de Alumínio
35
7 ANEXOS
4.1 ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA
Wetzel – O caminho de uma grande empresa
Anos 30 - Em 1932 foi fundada a Schmidt Wetzel & Cia a partir da sociedade entre
Wigando Schmidt e os irmãos Arnoldo e Erwino Wetzel.
Pioneira no processo de fundição sob pressão na América Latina, já em seu
início destaca-se na fabricação de torneiras e registros.
Anos 50 - Continuando sua linha de progresso, na década de 50 inicia a fabricação
de produtos para instalações elétricas. Logo após, passa-se a chamar Wetzel & Cia
Ltda.
Anos 60 - Para ampliar sua atuação, já nos anos 60, inclui em sua produção
eletroferragens em alumínio fundido para linhas de transmissão e distribuição de
energia elétrica.
Em 1966, para se adequar a gama de produtos oferecidos e sua crescente
competência, torna-se sociedade anônima, mudando para Metalúrgica Wetzel S.A.
Em pleno crescimento com Joinville, dá-se mais um passo para ampliação da
linha de produção, atendendo à crescente demanda de eletroferragens, agora em
componentes de ferro fundido zincado.
Anos 80 - A Wetzel inicia os anos 80 com a abertura de seu capital e a produção de
itens para o setor automotivo. As exportações recebem um grande impulso com a
aquisição da Foundry Engineers nos EUA e também a incorporação da Metalúrgica
Douat S.A., fortalecendo sua competitividade e aumentando sua participação de
mercado.
Hoje - A Wetzel representa hoje uma nova e moderna fase. Organizando-se em três
unidades de negócio, a empresa está pronta para enfrentar novos desafios e levar o
nome de Joinville e do Brasil para o mundo.
36
4.2 ANEXO B – CRONOGRAMA DE ATIVIDADES
CRONOGRAMA DE ATIVIDADES
Estagiário: Henrique Gonçalves Duchini Matrícula: 10200883
Orientadora: Keila Piacentini Período: 05/09/11 - 16/12/11
SEMANAS
ATIVIDADES Setembro Outubro Novembro Dezembro
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1. Integração com estagiário
2. Estudo de normas
3. Ensaios normativos
4. Análise diária de liga
5. Estudo/implantação gerenciamento de projetos
6. Acompanhamento da fábrica
7. Apontamento de refugo
8. Estudo/Ensaio de corrosão
9. Desenvolvimento de fluxogramas
10. Verificação de documentos de atividades
11. Implantação do 5S no Apoio à Qualidade
12. Análise de caixas de papelão
13. Elaboração do relatório de estágio
