Apostila-PFIII-Fundicao.pdf

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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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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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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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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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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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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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 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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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.

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