Robson de Oliveira 666476

Fundição de Alumínio

Centro Universitário de Santo André.Santo André

2009

Alexandre Pereira de Oliveira 0808188864 Daniel dos Santos Nascimento 666047Daniel José Teodoro 0813517766 Gerson Moreira de Oliveira 0813518249Roberto Douglas Francisco 668074Robson de Oliveira 666476Valdenes Silva dos Santos 668579

Fundição de Alumínio

Trabalho apresentado na disciplina deMetodologia Cientifica para obtenção de nota parcial.

ORIENTADOR: Prof.ª Vânia Calderoni

Santo André 2009

Resumo

Esta dissertação teve como objetivo mostrar as vantagens da utilização do alumínio para a fundição devido a seu ponto de fusão ser baixo comparado com outros metais alem de ser o terceiro metal mais abundante da crosta terrestre, o aço tem o ponto de fusão entre 1440°C e 1530°C, o cobre em 1083°C o ferro fundido em 1200°C, já o alumínio tem seu ponto de fusão em 658°C. A fundição é um dos procedimentos mais antigos utilizados na produção de artigos de metal e originalmente foi uma arte onde a qualidade do produto dependia da qualidade dos artesões. De acordo com a ABAL a tecnologia moderna fornece perfeitas condições no que se refere à qualidade do produto, existindo atualmente excelentes ligas de alumínio, as quais proporcionam uma enorme variedade de propriedades para as peças fundidas, acarretando inúmeras aplicações para as ligas deste metal. A técnica de fundição é um dos pedestais da

industrialização de um pais, sem ela estabelecida em bases sólidas e de acordo com os recursos regionais, não poderá haver o desenvolvimento racional da produção de utensílios, máquinas e equipamentos.A base de todos os processos de fundição consiste em aquecer o metal até que ele se funda e se transforme em um metal liquido e homogêneo, em seguida o metal liquido é vazado na cavidade de um molde onde, ao se solidificar adquira a forma desejada.

Palavras-chave: métodos de fundição; ligas de alumínio; fabricação de moldes para fundição.

Sumário

INTRODUÇÃO .......................................................................................................................03CAPITULO I............................................................................................................................041.1 Histórico e Produção do Alumínio.....................................................................................04CAPÍTULO II...........................................................................................................................052.1 Ligas Semi-Sólidas.............................................................................................................05CAPÍTULO III ........................................................................................................................073.1 Métodos de Fundição ........................................................................................................07CAPÍTULO IV.........................................................................................................................084.1 Moldes para Fundição .......................................................................................................08CAPITULO V..........................................................................................................................095.1 Comparação entre Processos de Fundição.........................................................................09Cosiderações............................................................................................................................10Referência................................................................................................................................11

Introdução

O Brasil tem aptidão para a produção do alumínio, pois alem de possuir a terceira maior reserva de bauxita do mundo, tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que é o insumo primordial para a obtenção do alumínio primário através de eletrólise. A tendência da demanda de produtos de alumínio obriga à indústria a adaptação de produtos e processos para acompanhar esse avanço.O conjunto de processos, técnicas e metalurgia oferecem uma base sólida para o desenvolvimento industrial, assim, as peças fundidas de alumínio apresentam hoje benefícios apropriados às necessidades sempre crescentes, em quantidade e qualidade, conquistadas pelo progresso industrial, com bases no avanço do conhecimento científico e tecnológico.Por ser leve, versátil, resistente e durável o alumínio está conquistando destaque cada vez maior em vários setores da indústria, como por exemplo, o setro automobilístico onde ele é aplicado em bloco de motores, caixa de câmbio, chassis e acessórios. No setor da construção civil ele é aplicado em coberturas de terminais rodoviários e ginásios poliesportivos.

Capítulo I

1.1 Histórico e produção do Alumínio

A história do alumínio está dentre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais. De acordo com a ABAL (2004), o alumínio foi descoberto por Sir Humphery Davy, em 1809 tendo sido isolado pela primeira vez em 1825 por H. C. Oersted; porém, apenas em 1886 foi desenvolvido um processo industrial econômico de redução. Neste ano dois cientistas trabalhando independentemente, Charles Martin Hall, nos Estados Unidos, e Paul Héroult, na França, inventaram o mesmo procedimento eletrolítico para reduzir a alumina em alumínio.A bauxita, formada por uma reação química natural, causada pela infiltração de água em rochas alcalinas que entram em decomposição e adquirem uma nova constituição química, é considerada uma matéria prima para a obtenção, pelo processo Bayer, da alumina pura.O processo Bayer consiste em misturar a bauxita, depois de moída, com uma solução de hidróxido de sódio a quente que dissolve a alumina e a sílica.Calcinando o hidróxido de alumínio obtém – se a alumina anida que, após, é cuidadosamente purificada por processos químicos.Em seguida, a alumina anidra é adicionada continuamente às células eletrolíticas no processo Hall – Héroult. Neste processo metalúrgico, a alumina anidra, dissolvida em criolita fundida, é reduzida eletronicamente, culminando com a formação do alumínio metálico.O processo Hall Héroult não pode garantir uma pureza maior do que 99,9%. Outros métodos são requeridos para se conseguir uma porcentagem maior, com a formação do metal da alta pureza, como a refinação eletrolítica, e a cristalização fracionada.

Capítulo II

2.1 Ligas semi-sólidas

Afundição de ligas de alumínio semi-sólidas foi descoberta há mais de 20 anos e sua aplicação permite a fabricação de peças mais leves e resistentes, com possibilidade de qualidade de acabamento superior. Por essa razão, ela é usada nas indústrias automotiva, de computadores, eletrônica embarcada e telecomunicações.Esse processo, conhecido como tixofundição, até então praticamente desprezado pelas empresas especializadas do Brasil, começa a atrair interesse da indústria brasileira. O processo de fundição de metais semi-sólidos foi descoberto pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT), em meados dos anos 1980, e há mais de dez anos vem sendo empregado pela indústria dos países desenvolvidos. Estados Unidos, Itália, França, Alemanha, Austrália e Japão já empregam o processo com regularidade.A professora Maria Helena Robert, coordenadora do grupo de pesquisa em Solidificação/Fundição e Tixoconformação do Departamento de Engenharia de Fabricação da Faculdade de Engenharia Mecânica da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), desenvolvem trabalhos na área desde 1985. Ela afirma que já recebeu diversas consultas de empresas instaladas no país sobre o emprego da fundição de alumínio semi-sólido, mas, segundo ela, o que dificulta é a falta de fornecedores brasileiros da matéria-prima apropriada.Algumas ligas semelhantes são fabricadas no país, mas as utilizadas na tixofundição necessitam de tratamento diferenciado, e, ao serem importadas, ficam com o custo agravado por conta do transporte. "Como empresas brasileiras não querem arriscar investimentos na fundição de semi-sólido, temendo não haver consumo suficiente, não se fabrica a matéria-prima necessária, e isso cria um círculo vicioso", afirma.Especialista em tixofundição, o professor titular da Universidade Federal de São Carlos (Ufscar), Maurizio Ferrante, afirma que o processo não está ainda totalmente maduro no país porque exige altos investimentos para ser implantado. No entanto, prevê que "a fundição de alumínio semi-sólido deverá se consolidar no Brasil, não através da importação do metal já preparado para ser fundido, mas com a aquisição de know-how de todo o processo".Segundo o professor, a indústria automobilística deverá ser o primeiro segmento a tornar esse processo competitivo no país, por causa da preocupação com o meio ambiente, que tem impulsionado a diminuição do peso dos veículos e a conseqüente economia de combustível. "Blocos de motor e cabeçotes de alumínio estão sendo cada vez mais comuns em automóveis e já deixaram de ser novidade. Resta adotar o alumínio em outras partes, como em carrocerias e sistemas de suspensão", diz.

Ele acrescenta que "as peças de liga de alumínio e magnésio fundidos pelo método tradicional apresentam imperfeições que impossibilitam o seu uso nos sistemas de suspensão, mas isso não ocorre com a fundição de alumínio semi-sólido. O processo dá um upgrade nas propriedades mecânicas do metal, tornando-o mais resistente". Ferrante também aponta uma mudança no tratamento do assunto entre os especialistas. "As discussões tinham enfoque científico até poucos anos atrás, e, ultimamente, têm se voltado mais para o desenvolvimento tecnológico e a diminuição de custos para a sua utilização", diz.A multinacional Magneti Marelli Sistemas Automotivos é a única empresa no Brasil a empregar a tixofundição para a produção industrial. Em sua fábrica de Hortolândia, interior do Estado de São Paulo, a unidade Controle Motor tem uma ilha de fundição de alumínio em estado semi-sólido. O chefe de projetos da empresa, engenheiro Paulo Roberto Masseran, explica que "os processos de corte e reaquecimento da matéria-prima e o processo de moldagem por injeção são feitos em Hortolândia com matéria-prima importada da Europa".Na Magneti são fabricadas galerias de combustível para motores de automóveis e motocicletas, para o mercado nacional e para exportação. O componente, de acordo com Masseran, "possui elevado compromisso com a segurança veicular, devido à condução de combustível sob pressão". A utilização de fundição de alumínio semi-sólido se justifica, segundo Masseran, porque "atende às exigências de baixo teor de microtrincas e porosidade, aliado à elevada capacidade de moldagem de geometrias complexas".PastaA pasta tixotrópica, que é o alumínio em estado semipastoso utilizado na tixofundição, é uma mistura do mesmo material nos estados sólido e líquido, que só é obtida a partir de controles rigorosos do processo. Nesse estado, o material pode ser manuseado quando em repouso e sem uma pressão aplicada. No entanto, ao ser injetado, adquire estado semelhante ao líquido. A professora da Unicamp define: "o alumínio continua sólido, mas tem uma fluidez de escoamento como se fosse líquido".Esse comportamento do metal semi-sólido deve-se a alterações em sua estrutura. No preparo para a tixoconformação, as ligas são controladas para adquirir uma estrutura formada por grãos esféricos, diferentes das ligas convencionais, em que a estrutura é por colunas. É essa configuração interna globular que confere à liga, quando atinge a temperatura de conformação, "a consistência de manteiga", conforme define a professora Maria Helena.O material tixotrópico é obtido sempre a partir de uma liga cuja estrutura tenha sido modificada. No caso do alumínio, é formada com elementos como silício, cobre ou magnésio. O alumínio puro não pode ser utilizado, pois, embora teoricamente seja possível, torna o controle do processo extremamente difícil.No estado semi-sólido, o alumínio adquire uma viscosidade semelhante à do mel. Paulo Roberto Masseran afirma que esse é um "fator bastante

interessante para a conformação de componentes mecânicos". Essa característica confere vantagens para o uso da tixofundição, entre as quais a elevada capacidade de moldagem de componentes com geometria complexa e que exijam baixo teor de defeitos de trinca e porosidade.Também segundo o engenheiro, a tixofundição do alumínio permite que sejam obtidas peças em condição de acabamento que dispensam a usinagem normalmente aplicada a peças fundidas. Além disso, é um meio de fabricação bastante econômico quando comparado com os processos tradicionais, por utilizar baixas temperaturas de transformação e, segundo Masseran, porque "os ciclos de moldagem em alumínio semi-sólido são menores do que os apresentados com o material na fase líquida".A fundição de semi-sólido é indicada, diz Masseran, para componentes de seções descontínuas e ricas em detalhes de dimensões reduzidas e curvaturas de raio reduzido. Dentre as aplicações, exemplifica, há a fabricação de chassis de filmadoras e câmeras fotográficas, componentes para as indústrias automobilística e aeroespacial e toda uma infinidade de peças obtidas em ciclos reduzidos e com baixo consumo de energia.

Capítulo III

3.1 Métodos de Fundição

Existem vários métodos de fundição, como por exemplo: fundição por coquilha, fundição por injeção, fundição sob pressão, fundição por centrifugação, fundição contínua e fundição de precisão.Fundição por coquilha, trata-se de um sistema onde o aluminio fundido ou é derramado por gravidade em cavidades mecânicas (negativo) ou formas de metal maciço não aderente à liga fundida.Fundição por injeção, basicamente obedece ao mesmo processo da coquilha, porém o molde é mecanizado. Existem menos restrições à geometria das peças, pois o molde é fabricado por modernos processos como eletroerosão, por laser, entre outros, que dão excelente acabamento, possibilitando menos usinagens nas peças.Fundição sob pressão, consiste em forçar o aluminio liquido sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, chamado matriz. Devido à pressão e a consequente alta velocidade de enchimento da cavidade do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de formas bastante complexas e de paredes mais finas do que os processos por gravidade, permitem.Fundição por centrifugação, o processo consiste em vazar-se aluminio líquido num molde dotado de movimento de rotação, de modo que a força centrífuga origine uma pressão além da gravidade, que obriga o aluminio líquido ir de encontro com as paredes do molde onde aquele se solidifica.Fundição de continua, neste processo, as peças fundidas são longas, com secções quadrada, retangular, hexagonal ou de formatos diversos. Em outras palavras, o processo funde barras de grande comprimento com as secções mencionadas, as quais serão posteriormente processadas por usinagem ou pelos métodos de conformação mecânica no estado sólido. Em princípio, o processo consiste em vazar-se o aluminio líquido num cadinho aquecido. O aluminio líquido escoa através de matrizes de grafite ou cobre, resfriados na água.

Fundição de precisão, os processos de fundição por precisão utiliza um molde obtido pelo revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante a um adequado aquecimento. Uma vez que essa pasta refratária foi endurecida, o modelo é consumido ou inutilizado. Tem-se assim uma casca endurecida que constitui o molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes à peça que se deseja produzir. Vazado o aluminio líquido no interior do molde, e solidificada a peça correspondente, o molde é igualmente inutilizado.

Capítulo IV

4.1 Moldes para fundição

Existem diversos tipos de moldes de fundição. Alguns em areia, outros em gesso ou materiais refratários diversos, existem ainda moldes cerâmicos e metálicos, descartáveis, recicláveis, mecanizados, manuais, etc.Molde em areia verde, consiste na elaboração do molde com areia úmida modelada pelo formato do modelo da peça a ser fundida. É o método mais empregado na atualidade, serve para todos os metais. É especialmente apropriado para peças de tamanho pequeno e médio.Não é adequado para peças grandes, de geometria complexas, nem para acabamentos finos, pois ficam as marcas de corrugamento da areia, e sua tolerância dimensional é reduzida.Molde em areia seca, este tipo de molde se consolida em altas temperaturas (entre 200 e 300°C). Este método utilizado para aumentar a resistência mecânica e a rigidez da forma de fundição. Este processo permite a modelação de peças de grandes dimensões e geometrias complexas. A precisão dimensional é boa e o acabamento superficial é bom, pois o corrugamento das peças causado pela areia é bem menor.Molde mecanico, atualmente, ao invés da conformação em areia de forma convencional por compactação manual, usa-se um tipo molde mais compactado chamado de molde mecânico. Trata-se de um sistema desenvolvido para que o material de conformação do molde seja comprimido através de equipamento pneumático ou hidráulico cujas cavidades mecânicas (negativo) ou formas recebam o metal com maior tamanho densidade ou pressão, de forma a suportar os esforços sem que ocorram desmoronamentos durante o preenchimento. Este sistema foi desenvolvido para resolver as deficiências da utilização dos moldes em areia verde, menos resistente.Moldes para microfusão, o modelo em cera é pré aquecido portanto derreterá e escorrerá para fora do molde, ficando desta forma a cavidade pronta para receber o material fundido.A principal vantagem deste sistema é a ausência de machos e de superfícies de junta, ficando a peça com acabamento fino e precisando de pouca usinagem principal.

Capítulo V

5.1 Comparação entre processos de fundição

Coquilha x fundição em areia:A peça fundida em coquilha possui um custo final menor por peça, pois a fundição em areia varia em função das quantidads,mo que interfer pouco no coquilhamento.Aprodução é maior e mais rápida no coquilhamento.Possui uma qualidade superior em acabamento.As peças podem ser fundidas em buchas, insertos e postiços.Na mesma ferramenta é possivel alterar os diãmetros dos furso ou dimensões das buchas e inserttos sem alterar o molde, apenas alterando o postiço do molde.A fabricação de pequenas quantidades para teste ou amostras não depende de programação de produção.

Coquilha x Shell moulding:A peça fundida em coquilha possui um custo menor por peça, pois a fundição em shell varia em função das quantidades, o que interfere pouco no coquilhamentoA produção é equivalente nos dois processos, porém o tempo inicial para a produção em coquilha é menor.Possui uma qualidade similar em acabamento.O custo molde e similar comparando-se com a placa shell metálica.

Coquilha x injeção de aluminioA produção da peça injetada é superior a coquilhaO custo de molde é bem superior no processo de injeção, tornando-se viável apenas para grandes quantidades mensais ou diárias.

Coquilha x usinagemA qualidade da peça usinada é superior a coquilha.A produção é superior na coquilha, e o prazo de entrega é menor para médias quantidadesNa usinagem o manuseio de peças de grandes dimensões é mais facil.Não existe geração de sucata no coquilhamento, dependendo do formato da peça o custo indireto por geração de sucata pode ser maior que o valor da peça no processo de usinagem.

Considerações

O Brasil tem apitidão para a produção do aluminío, pois além de possuir a terceira maior reserva de bauxita do mundo, tem um alto potencial de geração de energia hidrelétrica, que de acordo com a ABAL (2004) é o insumo primordial para obtenção do aluminio primario através de eletrólise, comforme já mencionado.Os fabricante estão avançando em diversos setores, com a implantação das mais avançadas tecnologias. A tendência de aumento da demanda de produtos de aluminio obriga a industria a adaptação de produtos e processos para a companhar esse avanço ( ALCOA, 2005).O conjunto de processos, técnicas e metalurgia oferece uma base sólida para o desenvolvimento industrial, assim, as peças fundidas de aluminio apresentam hoje beneficios apropriados as necessidades sempre crescentes, em quantidade e qualidades, conquistadas pelo progresso industrial, com base no anvanço do conhecimento cientifico e tecnológioco.

Referência

Sites:www.abal.com.br ABAL (Associação Brasileira do Aluminio)www.eletrosil.com.br/fundição Industris de fundiçãowww.wikipedia.com.br Wirkipédia a enciclopédia livrewww.revistaaluminio.com.br Revista Aluminiowww.fba.com.br FBA Fundição Brasileira de Aluminio