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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
FACULDADE DE TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUO MECNICA
PROCESSOS DE FABRICAO III
Processos de Fundio
Prof. Jaques Jonas Santos Silva
Resende, RJ, novembro de 2009.
FAT/UERJ
PROCESSOS DE FABRICAO III 2
FICHA CATALOGRFICA
1. ed. Silva, Jaques Jonas Santos, 1971
Apostila de Processos de Fabricao III Fundio / Jaques Jonas Santos Silva. 1. ed. Rio de Janeiro: 2009. 49p.
1. Processos de fabricao 2. Fundio 3. Solidificao das ligas metlicas I. Ttulo
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PROCESSOS DE FABRICAO III 3
NDICE
1 INTRODUO ENGENHARIA DE FABRICAO .................................................6 1.1 INTRODUO .............................................................................................................6
1.2 DEPARTAMENTOS DE UMA ORGANIZAO.......................................................7
2 FUNDIO ..................................................................................................................... 10
2.1 FENMENOS QUE OCORREM NA SOLIDIFICAO DOS METAIS ............... 11 2.1.1 Cristalizao ............................................................................................................. 11
2.1.2 Contrao de volume ............................................................................................... 12
2.1.3 Concentrao de impurezas..................................................................................... 15
2.1.4 Desprendimento de gases ......................................................................................... 16
2.2 ETAPAS DA FUNDIO............................................................................................ 17
2.3 CARACTERSTICAS DOS PROCESSOS DE FUNDIO .................................... 19 2.3.1 Caractersticas das peas fundidas.......................................................................... 19
2.3.2 Defeitos comuns no processo ................................................................................... 19
2.3.3 Vantagens do processo ............................................................................................. 19
2.3.4 Desvantagens do processo ........................................................................................ 20
2.4 CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE FUNDIO.......................................... 20
3 FUNDIO EM AREIA ................................................................................................. 22
3.1 CARACTERSTICAS DOS MOLDES PARA FUNDIO EM AREIA ................. 22 3.2 CARACTERSTICAS DAS AREIAS DE FUNDIO ............................................. 23 3.3 MATERIAIS UTILIZADOS PARA A MISTURA DAS AREIAS DE FUNDIO .. 23
3.3.1 Elemento refratrio.................................................................................................. 23
3.3.2 Elemento aglomerante ............................................................................................. 24
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PROCESSOS DE FABRICAO III 4
3.4 VARIANTES DOS PROCESSOS DE FUNDIO EM AREIA ............................... 25
3.5 FUNDIO EM AREIA VERDE ............................................................................... 25
3.5.1 Etapas da moldagem em areia verde....................................................................... 26
3.5.2 Vantagens ................................................................................................................. 28
3.5.3 Desvantagens ............................................................................................................ 28
3.6 FUNDIO EM AREIA SECA (ESTUFADA) .......................................................... 29
3.7 FUNDIO EM AREIA COM CIMENTO ............................................................... 29
3.8 PROCESSO CO2 ......................................................................................................... 30
4 PROCESSOS DE FUNDIO DE PRECISO ............................................................ 31
4.1 FUNDIO EM CASCA ............................................................................................ 31
4.1.1 Vantagens ................................................................................................................. 32
4.1.2 Desvantagens ............................................................................................................ 32
4.2 PROCESSO CERA PERDIDA (PROCESSO DE INVESTIMENTO) ................. 33 4.2.1 Vantagens ................................................................................................................. 34
4.2.2 Desvantagens ............................................................................................................ 34
5 FUNDIO EM GESSO ................................................................................................ 35
6 FUNDIO EM CERMICA........................................................................................ 36
7 MOLDAGEM PLENA .................................................................................................... 37
7.1 VANTAGENS ............................................................................................................... 37
7.2 DESVANTAGENS ....................................................................................................... 37
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PROCESSOS DE FABRICAO III 5
8 FUNDIO EM MOLDES PERMANENTES (COQUILHAS) ................................... 38
8.1 VANTAGENS ............................................................................................................... 39
8.2 DESVANTAGENS ....................................................................................................... 39
9 FUNDIO SOB PRESSO .......................................................................................... 41
9.1 FUNDIO SOB PRESSO EM CMARA QUENTE ........................................... 42
9.2 FUNDIO SOB PRESSO EM CMARA FRIA .................................................. 43
9.3 VANTAGENS ............................................................................................................... 43
9.4 DESVANTAGENS ....................................................................................................... 44
10 FUNDIO POR CENTRIFUGAO ..................................................................... 45
11 FUNDIO CONTNUA (LINGOTAMENTO CONTNUO)...................................... 47
12 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 49
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PROCESSOS DE FABRICAO III 6
1 INTRODUO ENGENHARIA DE FABRICAO
1.1 INTRODUO
Um novo produto surge de uma necessidade do mercado. A fabricao deste
produto deve obedecer a um projeto que leve em conta todas as caractersticas do
produto e as condies s quais ser submetido:
PRODUTO PROJETO
Um bom projeto de produto no o suficiente. Outros fatores igualmente
importantes devem ser observados:
Intercambiabilidade entre peas e componentes: confere
confiabilidade ao produto para consumo em larga escala. Esta condio
pode ser atingida ainda em fase de projeto (tolerncias de ajuste,
especificaes de desvios, acmulo de tolerncias).
Qualidade: deve ser mantida constante ao longo dos lotes produzidos.
Custo final: deve ser o menor possvel.
Estes so os pr-requisitos para que o produto seja competitivo.
Os dois ltimos fatores (qualidade e custo) s podem ser manipulados aps
o projeto ser liberado para a produo.
Entre o projeto do produto e sua produo, encontra-se uma metodologia de
Dimensionamento; Verificao de esforos; Desgaste; Vida til; Etc.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 7
anlise e tratamento tecnolgico destes dois ltimos fatores (qualidade e custo): a
Engenharia de Fabricao.
O diagrama da Figura 2 mostra onde a Engenharia de Fabricao est
inserida dentro do ciclo produtivo.
Figura 2 - Diagrama do ciclo produtivo.
Conhecer os processos de fabricao condio fundamental para o
desenvolvimento do ciclo produtivo de um produto.
1.2 DEPARTAMENTOS DE UMA ORGANIZAO
Departamentos que desempenham papel fundamental:
ENGENHARIA DE
PRODUTO
ENGENHARIA DE
FABRICAO
PRODUO
CONTROLE DE
QUALIDADE
PRODUTO FINAL
MERCADO Pesquisas de aceitao Competio de mercado
Experincias Capacidades dos
processos Especificaes
Normas
Alteraes das especificaes
Desenhos Especificaes
Alteraes Simplificaes Melhorias de
desempenho
Qualidade pr- especificada
Processos de fabricao
Tempos Mtodos Arranjos
Sugestes Problemas
Sugestes para alterao do projeto
Estudos econmicos Alternativas
MARKETING
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PROCESSOS DE FABRICAO III 8
a) Engenharia de produto:
Define dimenses, tolerncias dimensionais e geomtricas, acabamentos,
tratamentos, etc.
Testa os prottipos a fim de verificar sua funcionalidade e qualidade.
b) Produo:
Produz quantidades programadas dentro do prazo definido.
Deve ser subsidiado com informaes tcnicas de forma a antecipar eventuais
problemas.
c) Controle de qualidade:
Assegura que o produto ao final do ciclo de fabricao seja cpia fiel do
desenho originado no projeto.
Faz cumprir exigncias dimensionais e especificaes tcnicas.
d) Engenharia de Fabricao:
Elo entre projetar, produzir e controlar a qualidade.
Processos de fabricao.
Tempos e mtodos.
Arranjo fsico.
1.3 PROCESSOS DE FABRICAO
Em um sentido estrito, podemos considerar os processos de fabricao mecnica
como os processos de modificao de um corpo metlico com o fim de lhe conferir
uma forma definida. Tais processos podem ser divididos em dois grupos:
a) Processos mecnicos: as modificaes de forma so causadas pela aplicao de
tenses externas. Se as tenses aplicadas forem menores que a tenso de ruptura
do material, temos processos de conformao plstica, caso contrrio, temos
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PROCESSOS DE FABRICAO III 9
processos de usinagem (Figura 3).
b) Processos metalrgicos: as modificaes de forma so causadas por altas
temperaturas. Se as temperaturas aplicadas forem menores que a temperatura de
fuso do material, temos processos de sinterizao, caso contrrio, temos
processos de fuso / solidificao (Figura 3).
Figura 3 - Organograma dos processos de fabricao.
Processos de conformao
dos metais
Processos mecnicos
()
Processos metalrgicos
(T)
Conformao plstica ( < r)
Usinagem ( > r)
Sinterizao (T < Tf)
Fuso / solidificao
(T > Tf)
Ex: forjamento, estiramento.
Ex: torneamento, fresagem.
Ex: metalurgia do p.
Ex: fundio, soldagem.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 10
2 FUNDIO
Fundio o processo de fabricao de peas metlicas que consiste
basicamente no preenchimento de moldes (com as dimenses e formato da pea
desejada) com metal em estado lquido (Figura 4).
A fundio pode ser considerada como um processo inicial, pois pode-se
obter (alm de peas praticamente acabadas) lingotes, tarugos e placas, os quais so
conformados mecanicamente para a obteno de perfis, chapas, laminados, etc.
O processo de fundio conhecido pelo homem desde aproximadamente
3.000 AC. Os primeiros metais a serem fundidos foram o cobre e o bronze.
O desenvolvimento de fornos de fundio com temperaturas de trabalho
mais altas e utenslios capazes de conter o ferro fundido permitiu que as primeiras
fundies de ferro fundido se desenvolvessem a partir de 1.340 D.C.
Atualmente os processos de fundio buscam o controle das propriedades e
microestruturas das ligas.
Figura 4 - Preenchimento de um molde de fundio com metal em estado lquido.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 11
2.1 FENMENOS QUE OCORREM NA SOLIDIFICAO DOS METAIS So os seguintes os fenmenos que ocorrem durante a solidificao dos
metais.
Cristalizao;
Contrao de volume;
Concentrao de impurezas;
Desprendimento de gases.
Estes fenmenos tendem a influir negativamente no processo de fundio, e
so comuns a todas as variantes dos processos de fundio, em maior ou menor grau.
2.1.1 Cristalizao
Durante a solidificao dos metais h o surgimento de estruturas cristalinas
sendo que o crescimento destas estruturas se d de maneira no uniforme.
O crescimento das estruturas num processo de fundio limitado e
influenciado pelas paredes dos moldes. Como as paredes dos moldes esto a uma
temperatura inferior do metal fundido, surge no interior do molde preenchido com
metal fundido um gradiente de temperatura que favorece o crescimento das estruturas
em uma direo perpendicular s paredes do molde (crescimento dendrtico - Figura 5 e
Figura 6).
Figura 5 - Crescimento de uma dendrita.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 12
Figura 6 Dentritas em um lingote de ao.
Em moldes com cantos vivos1, o crescimento de grupos colunares de cristais
em paredes contguas pode ocasionar o surgimento de planos diagonais, comprometendo
as propriedades mecnicas da pea. Em geral, as peas tendem a ser mais frgeis na
regio destes planos, a qual mais suscetvel a fissuras e trincas (Figura 7).
(a) (b)
Figura 7 - Efeito dos cantos na cristalizao: (a) Paredes com cantos arredondados. (b) Paredes com
cantos vivos, evidenciando o surgimento de planos diagonais.
2.1.2 Contrao de volume
Pode ser de trs tipos:
Contrao lquida: causada pelo aumento da densidade medida que o
metal lquido resfriado;
Contrao de solidificao: causada pela cristalizao durante a
solidificao;
1 Pontos onde no existe uma tangente definida.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 13
Contrao slida: causada pelo resfriamento do metal solidificado,
desde a temperatura de solidificao at a temperatura ambiente.
A contrao expressa em porcentagem de volume ou, no caso da contrao slida, em
porcentagem de contrao linear, a qual depende do material (ver Tabela 1).
Tabela 1 - Porcentagem de contrao linear para alguns materiais metlicos:
Material %Contrao linear
Ao (0,35%C) 2,4
Alumnio 5,7
Cobre 7,3
Estanho 1,5
Ferro fundido branco 1,3 ~1,4
Ferro fundido cinzento 1,0
Ferro fundido malevel 1,2 ~1,3
Magnsio 5,8
Zinco 4,1
A contrao d origem a um defeito conhecido como vazio ou rechupe,
causado pela contrao que se inicia na periferia do molde (temperatura mais baixa) e
avana at o centro (temperatura mais alta), o qual se solidifica por ltimo (Figura 8).
Figura 8 - Formao do rechupe em um lingote fundido.
Outros efeitos indesejveis da contrao volumtrica:
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PROCESSOS DE FABRICAO III 14
Surgimento de trincas;
Tenses residuais;
Alteraes nas dimenses das peas.
O controle destes efeitos obtido com o adequado projeto das peas ou
tratamentos trmicos para alvio de tenses (Figura 9).
Figura 9 Exemplo de trincas a quente causadas pela contrao volumtrica.
Os vazios ou rechupes podem ser eliminados atravs do provimento de
metal fundido s peas ou lingotes atravs de massalotes (Figura 10) ou alimentadores
(Figura 11).
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PROCESSOS DE FABRICAO III 15
Figura 10 - Uso do massalote para preveno do rechupe em um lingote.
Figura 11 - Uso do alimentador para preveno do rechupe em uma pea fundida.
2.1.3 Concentrao de impurezas
Nos processos de fundio, os metais (ou suas ligas) vazados nos moldes
possuem impurezas, as quais no puderam ser completamente eliminadas. Observe-se,
por exemplo, as impurezas presentes em uma liga de ferro-carbono:
Ligas de Fe-C
Impurezas:
Fsforo (P); Enxofre (S); Mangans (Mn); Silcio (Si).
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PROCESSOS DE FABRICAO III 16
Como algumas impurezas so menos solveis no estado slido, durante a
solidificao estas acompanham o metal lquido, buscando maiores regies de maiores
temperaturas (onde so mais solveis), acumulando-se desta forma na ltima parte a se
solidificar (Figura 12).
A concentrao de impurezas nestas regies constitui num defeito conhecido
como segregao. A principal conseqncia da segregao a heterogeneidade na
composio do material, conforme a seo considerada, com conseqentes alteraes
nas suas propriedades mecnicas.
Figura 12 - Segregao de impurezas em um cilindro fundido
A segregao pode ser atenuada com o controle rigoroso da composio
qumica das ligas ou o controle da velocidade de resfriamento.
2.1.4 Desprendimento de gases
Ocorre principalmente nas ligas de ferro-carbono, onde o oxignio
dissolvido no metal tende a combinar-se com o carbono, formando CO (monxido de
carbono) e CO2 (dixido de carbono).
Durante a solidificao estes gases ficam retidos no interior das peas, na
forma de bolhas. Estas bolhas tambm podem chegar superfcie da pea, causando
imperfeies no acabamento das peas.
As bolhas podem ser evitadas com a adio de elementos desoxidantes (Si,
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PROCESSOS DE FABRICAO III 17
Mn, Al) ao metal lquido. Ao combinar-se com o oxignio, estes elementos formaro
xidos, os quais se precipitaro (SiO2 , MnO2 , Al2O3 ).
A rigor, as bolhas no constituem maior problema nos aos de baixo
carbono, se aps a fundio os mesmos forem submetidos a processos de laminao.
Durante a deformao causada por tais processos, as paredes das bolhas acabam por
unir-se por um processo semelhante aos processos de soldagem (caldeamento). Porm,
em aos de alto carbono, os quais possuem baixa soldabilidade, as bolhas devem ser
evitadas.
Alm do oxignio, tambm o hidrognio (H2) e o nitrognio (N2) podem ser
liberados durante a solidificao, causando porosidades, fissuras internas e alteraes
nas caractersticas mecnicas do material.
2.2 ETAPAS DA FUNDIO
Genericamente, pode-se resumir o processo de fundio s seguintes etapas:
a) Confeco do modelo: com o formato da pea a ser fundida, servir para a
construo do molde. Suas dimenses devem prever a contrao do metal e o
Matrias primas para a
fundio
Fundidos
Moldes e modelos
Ligas ferrosas
Ligas no ferrosas
Ao Ferro fundido
Ligas de Cu Ligas de Al Ligas de Zn Ligas de Mg Etc
Madeiras Areias Ligas metlicas Ceras Materiais cermicos Polmeros Etc
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PROCESSOS DE FABRICAO III 18
sobremetal para posterior usinagem, se for o caso.
b) Confeco do molde: dispositivo que recebe o metal fundido para a obteno da
pea. Consiste basicamente de uma cavidade deixada em um material pelo
modelo da pea a ser fundida.
c) Confeco dos machos: dispositivos com a funo de formar vazios, furos e
reentrncias na pea. So colocados nos moldes antes de seu fechamento para
receber o metal lquido.
d) Fuso do metal: para vazamento nos moldes.
e) Vazamento: enchimento do molde com o metal lquido.
f) Desmoldagem: retirada da pea do molde aps a solidificao do metal.
g) Rebarbao: retirada dos canais de alimentao, alimentadores, massalotes ou
rebarbas existentes.
h) Limpeza: pode ser necessria para eliminao de resduos, dependendo do
processo.
Materiais utilizados na confeco do modelo
Madeira Alumnio Ao Resina Cera Isopor Etc
Materiais utilizados na confeco do molde
Areia Cermicas Ligas metlicas Gesso Cimento Etc
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PROCESSOS DE FABRICAO III 19
2.3 CARACTERSTICAS DOS PROCESSOS DE FUNDIO
2.3.1 Caractersticas das peas fundidas
Acrscimo de sobremetal para posterior usinagem;
Furos pequenos, reentrncias e detalhes no so, em geral, reproduzidos
satisfatoriamente (dificultam o processo), sendo obtidos posteriormente
por usinagem;
Arredondamento de cantos para facilitar o preenchimento do molde e
evitar trincas.
2.3.2 Defeitos comuns no processo
Incluso de gros de areia do molde nas paredes da pea (no caso da
fundio em moldes de areia) abrasivos, causam defeitos na pea
submetida a posterior usinagem alm de reduzir a vida til das ferramentas
de corte;
Vazios ou rechupes;
Porosidade devido ao desprendimento de gases, comprometendo as
caractersticas mecnicas ou o acabamento superficial.
2.3.3 Vantagens do processo
Em geral, os processos de fundio envolvem custos baixos;
As peas podem apresentar desde formas mais simples at as mais
complexas, at mesmo impossveis de serem obtidas por outros processos;
As peas podem apresentar dimenses ilimitadas;
O processo permite alto grau de automatizao, adequando-se produo
em srie;
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PROCESSOS DE FABRICAO III 20
Podem ser reproduzidas peas com diversos padres de acabamento e
tolerncia.
2.3.4 Desvantagens do processo
Em geral, limitado quanto ao grau de acabamento;
Peas com menores limites de resistncia mecnica quando comparadas s
peas produzidas por outros processos, devido ao resfriamento lento do
metal fundido nos moldes, o que propicia o surgimento de estruturas com
granulao grosseira;
Necessidade de sempre se possuir um molde, o que pode ser desvantajoso
no caso de moldes destrutveis, j que implica na confeco de um molde
para cada pea a ser produzida, tornando oneroso um volume de produo
mais elevado;
Equipamentos de grande porte so necessrios;
Alto consumo de energia.
2.4 CLASSIFICAO DOS PROCESSOS DE FUNDIO
A qualidade de peas fundidas (tolerncias dimensionais, acabamentos, etc)
est diretamente relacionada qualidade do molde utilizado. Partindo-se deste princpio,
pode-se classificar os processos de fundio em relao aos moldes utilizados, conforme
o organograma mostrado na Figura 13.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 21
Classificao dos processos de fundio
quanto ao moldes
Moldes destrutveis
Moldes permanentes
Modelo destrutvel
Modelo permanente
Processo cera perdida
Moldagem plena
Fundio em areia
Fundio em casca
Fundio em gesso
Fundio em cermica
Coquilhas
Fundio sob presso
Fundio por centrifugao
Lingotamento contnuo
Figura 13 Organograma representando a classificao dos processos de fundio.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 22
3 FUNDIO EM AREIA
O processo de fundio em areia consiste basicamente na compactao,
mecnica ou manual, de uma mistura refratria plstica (areia de fundio) sobre um
modelo montado em uma caixa de moldar (Figura 14).
A areia de fundio consiste de uma mistura de um elemento refratrio
granular (areia) com um elemento aglomerante.
Figura 14- Molde para fundio em areia.
3.1 CARACTERSTICAS DOS MOLDES PARA FUNDIO EM AREIA
A fim de assegurar a qualidade das peas fundidas, algumas caractersticas
do molde devem ser observadas:
a) resistncia: para suportar a presso do metal lquido e a ao erosiva deste
durante o escoamento nos canais e cavidades de molde;
b) mnima gerao de gs: a fim de evitar a contaminao do metal;
c) permeabilidade: para possibilitar a sada dos gases gerados durante o
processo de solidificao;
d) refratariedade: para suportar as altas temperaturas de fuso do metal;
e) desmoldabilidade: o molde deve permitir que a pea solidificada seja
desmoldada com relativa facilidade;
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PROCESSOS DE FABRICAO III 23
f) estabilidade dimensional: deve ser alta o suficiente para no interferir nas
tolerncias dimensionais da pea;
g) colapsabilidade: os machos devem colapsar sob as tenses causadas pela
contrao volumtrica do metal durante a solidificao, de forma a evitar
trincas e o surgimento de tenses internas nas peas fundidas.
3.2 CARACTERSTICAS DAS AREIAS DE FUNDIO
Se a qualidade dos moldes dependem das caractersticas observadas no item
anterior, estas dependem das caractersticas das areais de fundio.
a) resistncia: a qual depende principalmente do elemento aglomerante
utilizado para manter as partculas do material refratrio coesas;
b) permeabilidade: passagem dos gases;
c) refratariedade: a areia moldada deve ser capaz de resistir s altas
temperaturas de fuso dos metais sem que os gros se fundam ou que o
elemento aglomerante perca sua capacidade de manter as partculas coesas;
d) teor de umidade: o qual afeta a permeabilidade (maior umidade, menor
permeabilidade), a resistncia (maior umidade, menor resistncia) e a
formao de gases (maior umidade, maior gerao de gases);
e) fluidez: a qual afeta a moldabilidade, ou seja, a capacidade de fluncia para o
preenchimento de cavidades, reentrncia e detalhes.
3.3 MATERIAIS UTILIZADOS PARA A MISTURA DAS AREIAS DE
FUNDIO
3.3.1 Elemento refratrio
Geralmente utilizam-se areias silicosas, podendo ser:
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PROCESSOS DE FABRICAO III 24
a) areias naturais: areia lavada (retirada de rios) ou saibro;
b) areias semi-sintticas: mistura de areias naturais e aditivos para a correo
das propriedades;
c) areias sintticas: a granulao e a composio so controladas para
otimizao das propriedades.
Quanto ao uso, as areias podem ser:
a) de enchimento: com granulometria mais grosseira e de menor custo,
utilizado no enchimento das caixas de moldar;
b) de faceamento: de granulometria mais refinada e de maior custo, ficam em
contato com as faces do modelo de modo a propiciar um melhor acabamento;
c) de macho: utilizadas na confeco dos machos.
3.3.2 Elemento aglomerante
Ir conferir coeso s partculas do elemento refratrio de forma a conferir
resistncia mecnica ao molde. Podem ser orgnicos, inorgnicos ou minerais.
a) minerais: argilas ou cimentos;
b) orgnicos: leos secativos2 e semi-secativos (leos de linhaa, milho,
oiticica, mamona), farinhas de cereais (dextrina3, mogul4) e resinas (breu);
c) inorgnicos: bentonita.
2 leos que possuem a capacidade de polimerizar-se sob determinadas condies.
3 Derivado do milho, confere grande resistncia ao molde.
4 Derivado do amido de milho.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 25
3.4 VARIANTES DOS PROCESSOS DE FUNDIO EM AREIA
Dependendo dos processos de conformao dos moldes e os materiais
utilizados, os processos em areia apresentam as seguintes variantes:
a) fundio em areia verde;
b) fundio em areia seca (ou estufada);
c) fundio em areia com cimento;
d) processo CO2.
3.5 FUNDIO EM AREIA VERDE
Dentre os processos de fundio o mais simples e o de menor custo, sendo
tambm o mais utilizado.
A areia de fundio composta de uma mistura de aproximadamente 75%
de areia silicosa, 20% de argila e 5% de gua (composio mdia varia conforme o
tipo de areia e da argila utilizada). A mistura recebe o nome de areia verde porque
mantm sua umidade original, no sendo necessria sua secagem em estufas. Os
componentes da areia de fundio so misturados secos com o auxlio de misturadores,
seguindo-se da adio, aos poucos, de gua at a completa homogeneizao da mistura.
A moldagem realizada manualmente, com soquetes, ou mecanicamente, com auxlio
de mquinas de compresso, impacto, vibrao ou projeo centrfuga. A areia utilizada
pode ser reaproveitada, chegando-se a obter ndices de recuperao da ordem de 98%.
Os moldes em areia verde se prestam fundio de metais ferrosos e no-
ferrosos com rapidez e economia, adequando-se produo em srie.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 26
Parte superior do modelo
Parte inferior do modelo
Linha de seco
Projeto da pea a ser fundida
Modelo da pea
Posicionadores do macho
3.5.1 Etapas da moldagem em areia verde
a) O modelo da pea executado de acordo com o projeto da pea, prevendo-se
a contrao volumtrica, o sobremetal e os alimentadores (Figura 15).
b) Os machos, se necessrios, so confeccionados em moldes apropriados.
c) A parte inferior do modelo colocada no fundo da caixa de moldar sobre uma
superfcie plana. O modelo coberto com talco ou grafite para evitar a aderncia
da areia, a qual deve preencher toda a caixa, sendo compactada manual ou
mecanicamente (Figura 16).
Parte inferior do modelo
Areia compactada
Figura 15 - Projetos da pea e do modelo.
Figura 16 - Confeco da parte inferior do molde.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 27
d) A parte inferior do molde virada de modo que a cavidade fique para cima
(Figura 17).
e) Os procedimentos dos itens c e d so repetidos para a parte superior do molde,
desta vez com a incluso do alimentador e do canal de descida do metal lquido
(Figura 18).
f) Abrem-se as bacias do canal de alimentao e do alimentador (Figura 19).
g) Abrem-se os canais de distribuio na parte inferior do molde (Figura 20).
Alimentador
Canal de descida
Bacia do canal de descida
Bacia do alimentador
Canal de distribuio
Figura 17 - Parte inferior do molde pronta.
Figura 18 - Confeco da parte superior do molde.
Figura 19 - Abertura das bacias do canal de alimentao e alimentador.
Figura 20 - Parte superior do molde pronta.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 28
h) As partes superior e inferior do molde so unidas por presilhas ou grampos,
com o macho posicionado nos fixadores. O molde est pronto para receber o
metal lquido (Figura 21).
3.5.2 Vantagens
a) Baixo custo;
b) no requer o uso de equipamentos especiais;
c) areias naturais ou sintticas podem ser utilizadas, com o mnimo acrscimo
de aditivos;
d) a areia pode ser recuperada;
e) fcil desmoldagem.
3.5.3 Desvantagens
a) Limitado para grandes peas devido s limitaes de resistncia mecnica do
molde;
b) acabamento superficial limitado;
c) limitado quanto s tolerncias dimensionais;
d) incrustaes de areia na superfcie das peas.
Macho posicionado
Alimentador
Canal de descida
Canal de distribuio
Parte inferior do molde
Parte superior do molde Aba de fixao
das presilhas ou grampos
Figura 21 - Molde pronto para o vazamento do metal fundido.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 29
3.6 FUNDIO EM AREIA SECA (ESTUFADA)
Este processo semelhante ao processo em areia verde, com a diferena que
a areia de fundio, neste caso, composta por uma mistura de areias sintticas ou semi-
sintticas e aglomerantes orgnicos ou inorgnicos. O processo de conformao dos
moldes idntico ao processo em areia verde.
Os moldes depois de conformados so secos em estufas a temperaturas entre
150C e 300C, ou queimados com maaricos de forma a consolidar a resistncia
mecnica do molde. A superfcie do molde que ir entrar em contato com o metal
fundido pode, eventualmente, ser protegida com tinta refratria para um melhor
acabamento.
Devido maior resistncia mecnica dos moldes, este processo adequado
fundio de peas de grandes dimenses e peso elevado. Os moldes em areia seca
permitem ainda um melhor acabamento superficial, alm de serem mais permeveis que
os moldes em areia verde, devido ausncia umidade residual. O processo de secagem
produz ainda moldes com melhor estabilidade dimensional, proporcionando a obteno
de peas com melhores tolerncias. Ao contrrio do processo com areia verde, a areia
neste caso no reutilizvel.
3.7 FUNDIO EM AREIA COM CIMENTO
Neste processo a areia de fundio consiste em uma mistura de areia
silicosa, cimento portland e gua. Os moldes feitos com esta mistura passam por um
processo de secagem sem que seja necessria a utilizao de fornos ou estufas (o calor
liberado pela reao exotrmica do cimento e gua o suficiente para a secagem do
molde).
O molde resultante apresenta elevada resistncia mecnica, prestando-se
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PROCESSOS DE FABRICAO III 30
fundio de peas grandes e pesadas. Entretanto, devido natureza do aglomerante, a
desmoldagem dificultada, alm do que a areia no reutilizvel. Pode-se citar ainda
como desvantagem o custo da mistura, o qual relativamente maior comparando-se aos
outros processos de fundio em areia.
3.8 PROCESSO CO2
Neste processo, a areia aglomerada com silicato de sdio (2,5% a 6,0% em
peso). Aps a moldagem, o molde submetido a um tratamento com CO2, fazendo com
que o silicato de sdio transforme-se em slica-gel, conferindo grande resistncia ao
molde e reduzindo o teor de umidade residual, j que este um material higroscpico.
Na2SiO3 + H2O + CO2 Na2CO3 + SiO2.H2O
O processo permite a confeco de peas com preciso dimensional
superiores peas produzidas atravs do processo com areia seca , produo rpida de
moldes com alta resistncia sem a necessidade de estufas, prestando-se produo de
peas com quaisquer dimenses.
Entre as desvantagens, pode-se citar o custo relativamente elevado do CO2 e
do silicato de sdio, alm da impossibilidade da reutilizao da areia. Devido ao elevado
custo do processo, pode-se utilizar o processo CO2 apenas no faceamento da pea.
silicato de sdio slica-gel
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PROCESSOS DE FABRICAO III 31
4 PROCESSOS DE FUNDIO DE PRECISO
4.1 FUNDIO EM CASCA
Neste processo, o molde confeccionado a partir de uma mistura de areia
com uma resina termofixa polimerizvel a quente, na proporo de 3% a 10% em peso.
O modelo confeccionado em material metlico envolvido pela mistura e aquecido
entre 177C e 260C de forma a polimerizar a resina. O conjunto molde + modelo
levado a uma estufa para o processo de cura a cerca de 350C. (Figura 22).
Figura 22 - Processo de confeco do molde para fundio em casca: (1) modelo coberto com areia + resina, (2) aquecimento, (3) retirada do excesso de areia no polimerizada, (4) cura do molde, (5) extrao
do modelo do molde.
O resultado uma casca fina e rgida com o formato do modelo (Figura 23).
Dependendo do tempo de aquecimento do modelo (de 15 a 60 segundos) pode-se obter
cascas com espessuras de 5mm a 10mm.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 32
Figura 23 - Duas metades de um molde produzido para o processo de fundio em casca.
A outra metade do molde executada de modo semelhante, sendo as duas
partes coladas de forma a se obter o molde final. No caso da necessidade de utilizao
de machos, as duas partes (com os machos posicionados) so fechadas com grampos ou
colados aps o correto posicionamento dos machos.
4.1.1 Vantagens
a) Boa preciso dimensional devido alta rigidez da casca;
b) Devido pequena espessura da casca, pode-se empregar areia com
granulometria refinada (melhor acabamento) sem prejuzo da permeabilidade.
4.1.2 Desvantagens
a) Custo maior do modelo, o qual deve ser metlico (geralmente alumnio ou
ferro fundido) e isento de defeitos superficiais;
b) Custo elevado da mistura areia + resina;
c) Dimenses das peas so limitadas quando comparadas s produzidas por
fundio em areia;
d) A mistura da areia de fundio de difcil manuseio e armazenamento.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 33
4.2 PROCESSO CERA PERDIDA (PROCESSO DE INVESTIMENTO)
Neste processo os modelos so confeccionados em cera ou termoplstico
atravs da injeo destes materiais em matrizes prprias. Os modelos so ento
montados ao redor de um canal central (confeccionado com o mesmo material do
modelo), formando uma rvore de modelos (Figura 24, Figura 27).
A rvore de modelos banhada em uma lama refratria (constituda a
partir de gesso, p de slica ou p de zircnia) sendo logo aps recoberta por uma
camada de areia (Figura 25).
O molde ento aquecido de forma a consolidar a sua resistncia mecnica
e eliminao da umidade. No aquecimento, os modelos e os canais so derretidos e
deixam o molde, podendo o material ser posteriormente reaproveitado. Seguem-se ento
os processos de vazamento do metal lquido, desmoldagem, corte dos canais,
Molde para confeco dos
modelos
Injeo de cera ou termoplstico
Modelo pronto
Montagem da rvore de modelos
Banho em lama refratria
Cobertura de areia
rvore de modelos pronta
Figura 25 - Confeco do molde.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 34
rebarbamento e acabamento final (Figura 26).
Figura 27 - Modelo em cera ( direita) e peas produzidas ( esquerda).
4.2.1 Vantagens
a) Produo em srie de peas com geometrias complexas;
b) Acabamento melhor que no processo de fundio em casca.
4.2.2 Desvantagens
a) Custo do molde (matriz) para a confeco dos modelos em cera ou
termoplstico;
b) Relao entre o peso das peas e o peso do canal geralmente baixa.
Aquecimento da rvore de
modelos
Cera ou termoplstico
derretido
Calor Calor
Vazamento
Metal fundido
Desmoldagem
Peas prontas
Figura 26 - Finalizao do molde, vazamento e peas prontas.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 35
5 FUNDIO EM GESSO
A fundio em gesso um processo bastante antigo, utilizado a
aproximadamente 4.000 anos pelos chineses, e utiliza-se de moldes em gesso para a
fundio de metais no ferrosos.
Este processo apresenta bom acabamento e boa preciso dimensional,
porm a baixa permeabilidade do gesso dificulta o escape dos gases gerados na
solidificao. Em funo desta desvantagem, foram criadas as seguintes variantes do
processo:
a) Antioch: os moldes em gesso so levados um forno autoclave com vapor a
temperatura elevada, de forma a se obter um material poroso.
b) Gesso esponjoso: neste processo, a porosidade do material obtida com a
adio de detergentes mistura para a reteno de ar.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 36
6 FUNDIO EM CERMICA
Este processo empregado na fundio de peas que exigem grande
preciso dimensional, e utiliza-se de moldes construdos a partir de uma pasta refratria
base de p cermico e um aglomerante cataltico (silicato alcalino). Os moldes so
executados de forma semelhante aos moldes em areia.
As principais variantes do processo de fundio em cermica so o processo
shaw e o processo unicast:
a) Processo shaw: os moldes so aquecidos para que o lcool presente no
catalisador evapore, resultando em uma malha de fissuras finas no molde,
tornando-o permevel.
b) Processo unicast: o molde submetido um banho qumico, o qual reage
com o catalisador e resulta em um material esponjoso e permevel.
Em ambos os casos, os moldes so curados em estufas a temperaturas da
ordem de 980C por aproximadamente uma hora, aps o que so montados com o
posicionamento dos machos, se necessrios.
Os moldes resultantes deste processo possuem alta resistncia e coeficiente
de dilatao trmica prximo a zero, possibilitando a fundio de peas de alta preciso.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 37
7 MOLDAGEM PLENA
Este processo patenteado pela Full Mold Process, Inc, e emprega modelos
confeccionados em espuma de poliestireno. Blocos e chapas deste material so cortados
e colados com o formato da pea desejada para a confecco do molde. Devido ao baixo
peso especfico da espuma de poliestireno (16Kg/m3) podem ser confeccionados
modelos de grandes dimenses.
O modelo colocado em uma caixa de moldar, a qual preenchida com
areia de fundio. No h necessidade da retirada do modelo do interior do molde, pois
este vaporiza-se quando o metal fundido vazado no molde.
7.1 VANTAGENS
a) Uma quantidade menor de aglomerante necessria na mistura da areia de
fundio;
b) Furos e reentrncias podem ser reproduzidos no modelo, sem a necessidade
de machos, j que no h a necessidade de se retirar o modelo do molde;
c) Facilita a reproduo de geometrias complexas.
7.2 DESVANTAGENS
a) Gerao de gs e resduos devido vaporizao da espuma de poliestireno, prejudicando o acabamento (geralmente mais grosseiro que em outros processos).
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PROCESSOS DE FABRICAO III 38
8 FUNDIO EM MOLDES PERMANENTES (COQUILHAS)
Nos processos com moldes permanentes, o molde (tambm chamado de
coquilha) confeccionado em material metlico (ferro fundido, ao e, mais raramente,
bronze), sendo que no h necessidade da sua destruio para a retirada da pea fundida
(Figura 28).
A vida til do molde depende do material a ser vazado e da temperatura de
vazamento da liga, podendo varia, por exemplo, de 5.000 peas (de ferro fundido) at
1.000.000 peas (de ligas de magnsio e zinco).
A alta condutibilidade trmica dos materiais dos moldes permite um
resfriamento rpido do fundido, proporcionando o surgimento de granulaes mais
refinadas na estrutura da pea fundida, com a conseqente melhora de suas propriedades
mecnicas. Por este motivo, peas fabricadas por fundio que necessitem de sees
com elevada resistncia mecnica podem ser produzidas atravs de moldes mistos, ou
seja, moldes produzidos por outros processos e com sees coquilhadas naquelas
regies onde se deseja ter uma resistncia mecnica mais elevada (Figura 29).
Figura 28- Molde permanente (coquilha).
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PROCESSOS DE FABRICAO III 39
Figura 29 - Molde misto para fundio de um cilindro de laminao. A seo coquilhada apresentar resistncia mecnica maior que nas outras sees.
O vazamento do metal lquido nos moldes permanentes pode se dar por
gravidade ou por presso.
8.1 VANTAGENS
a) Bom acabamento superficial;
b) Estreitas tolerncias dimensionais;
c) Melhora nas propriedades mecnicas quando comparadas a outros processos
de fundio.
8.2 DESVANTAGENS
a) Alto custo do molde;
b) Processo limitado a peas de tamanho relativamente pequeno ou mdio;
c) Excessivamente oneroso para sries pequenas;
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PROCESSOS DE FABRICAO III 40
d) Nem todas as ligas podem ser fundidas em moldes permanentes
(principalmente nos processos de fundio sob presso);
e) Peas de geometria complexa dificultam o projeto do molde e a extrao da
pea fundida de seu interior.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 41
9 FUNDIO SOB PRESSO
Nos processos de fundio sob presso, o metal fundido submetido a uma
presso de forma a for-lo a penetrar na cavidade do molde (neste caso tambm
chamado de matriz).
As matrizes so confeccionadas em ao-ferramenta tratado termicamente e
so geralmente construdas em duas partes as quais so hermeticamente fechadas no
momento do vazamento do metal lquido. O metal bombeado na cavidade da matriz
sob uma presso suficiente para o preenchimento total de todas as suas cavidades e
reentrncias. A presso mantida at que o metal se solidifique, no que ento a matriz
aberta e a pea ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente (Figura 30). As
matrizes podem ser refrigeradas a gua para evitar seu superaquecimento, aumentando
sua vida til e evitando defeitos nas peas.
Figura 30 - Matriz para fundio sob presso.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 42
A fundio sob presso automatizada e realizada em equipamentos de
cmara quente ou cmara fria.
9.1 FUNDIO SOB PRESSO EM CMARA QUENTE
O processo de fundio sob presso realizado na mquina de cmara quente
utiliza um equipamento no qual existe um recipiente aquecido onde o metal lquido est
depositado. No seu interior est um pisto hidrulico que, ao descer, fora o metal
lquido a entrar em um canal que leva diretamente matriz. A presso exercida pelo
pisto faz com que todas as cavidades da matriz sejam preenchidas, formando-se assim
a pea. Aps a solidificao do metal, o pisto retorna sua posio inicial, mais metal
lquido entra na cmara, por meio de um orifcio, e o processo se reinicia (Figura 31).
Figura 31 - Fundio sob presso em cmara quente.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 43
9.2 FUNDIO SOB PRESSO EM CMARA FRIA
Temperaturas de fuso mais altas da liga a ser fundida podem causar dano
ao sistema de bombeamento (cilindro e pisto). Nestes casos, utiliza-se a mquina de
fundio sob presso de cmara fria, empregada principalmente para fundir ligas de
alumnio, magnsio e cobre.
O princpio de funcionamento desse equipamento o mesmo das mquinas
de cmara quente, com a diferena que o forno que contm o metal lquido
independente do equipamento, de modo que o sistema de injeo no fica dentro do
banho de metal (Figura 32).
Figura 32 - Fundio sob presso em cmara fria.
9.3 VANTAGENS
a) Peas com maior resistncia mecnica do que as fundidas em areia;
b) Produo de peas com formas mais complexas;
c) Tolerncias dimensionais mais estreitas;
d) Alta capacidade de produo;
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PROCESSOS DE FABRICAO III 44
9.4 DESVANTAGENS
a) Limitaes no emprego do processo (utilizado para ligas no-ferrosas, com
poucas excees);
b) Limitao no peso das peas (raramente superiores a 5 kg.);
c) Reteno de ar no interior das matrizes, originando peas incompletas e
porosidade na pea fundida;
d) Alto custo do equipamento e dos acessrios, limitando o seu emprego a
grandes volumes de produo.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 45
10 FUNDIO POR CENTRIFUGAO
Este processo consiste no vazamento de metal lquido num molde
submetido a um movimento de rotao, o qual imprime ao metal lquido uma fora
centrfuga a qual projeta o metal lquido de encontro s paredes do molde.
Uma das principais aplicaes consiste na fabricao de tubos de ferro
fundido para linhas de suprimento de gua. Neste caso, o equipamento empregado
consiste de um molde metlilco cilndrico montado sobre roletes de forma a ser
submetido a um movimento de rotao. O cilindro envolto por uma camisa dgua, a
qual proporciona o seu resfriamento. O metal lquido vazado no interior do molde
atravs de uma calha, alimentada por uma panela de fundio. medida em que o metal
lquido vazado, o molde em rotao deslocado longitudinalmente em relao calha,
fazendo com que o metal lquido sofra a ao da fora centrfuga, sendo projetado de
encontro paredes do molde cilndrico at a sua solidificao (Figura 33).
Figura 33 - Produo de tubos atravs da fundio por centrifugao (o macho em areia evita a projeo do metal fundido para fora do molde).
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PROCESSOS DE FABRICAO III 46
O processo tambm pode ser aplicado em sistemas verticais para a produo
de peas tais como engrenagens, anis, discos, flanges, etc (Figura 34).
Figura 34 - Sistema vertical de fundio por centrifugao.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 47
11 FUNDIO CONTNUA (LINGOTAMENTO CONTNUO)
Neste processo so fundidas peas longas com seo quadrada, retangular,
hexagonal, etc, as quais sero posteriormente processadas por laminao, trefilao,
usinagem, etc.
O processo consiste, basicamente, no vazamento de metal fundido num
cadinho aquecido, sendo que o metal escoa atravs de uma matriz de grafita ou de cobre
resfriada gua. A barra, j no estado slido arrastada para frente com o auxlio de
cilindros de laminao, com velocidade correspondente velocidade da frente de
solidificao do metal. As barras so posteriormente cortadas com auxlio de serras ou
chama de oxiacetileno para posterior processamento (Figura 35).
Figura 35 - Processo de fundio contnua.
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Este processo amplamente empregado na indstria siderrgica para a
produo de placas, tarugos e barras de ao.
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PROCESSOS DE FABRICAO III 49
12 BIBLIOGRAFIA
1. CHIAVERINI, VICENTE Tecnologia Mecnica - Materiais de Construo
Mecnica Vol. II 2 Edio Mc Graw Hill, So Paulo, SP Brasil 1986.
2. KALPAKJIAN, S. et al. Manufacturing Engineering and Technology Prentice
Hall USA 2000.
3. TORRE, J. Manual de Fundio Hemus, So Paulo, SP Brasil 1975.