Fundição:

Dentre as várias maneiras de trabalhar o material metálico, a fundição se

destaca, não só por ser um dos processos mais antigos, mas também

porque é um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os

diferentes formatos e tamanhos das peças que se pode produzir por esse

processo.

Fundição: É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste

essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com

formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção

de peças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de

tamanho, formato e complexidade.

É também o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do

lingote que se realizam os processos de conformação mecânica para a

obtenção de chapas, placas, perfis etc.

FORNOS UTILIZADOS EM FUNDIÇÃO

1 —Alto forno — utilizado para a redução do minério de ferro e sua

transformação em gusa.

A perda de elétrons é chamada de oxidação e o ganho de elétrons é

chamado de redução

Gusa: liga ferro-carbono de alto teor de carbono.

Alto forno

Alto forno

Escoria Gusa sólido Gusa liquida Gás de alto forno

2 — Cubilô — principalmente usado para a produção de ferro fundido

comum.

O ferro fundido é uma liga de ferro com elementos à base de carbono e

silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (entre 2,11 e 6,67%),

silício (entre 1 e 3%), podendo conter outros elementos químicos.

3 — Forno Siemens Martin — utilizado para a produção de aço

Processo foi inventado visando a utilização de combustíveis como óleos e gás, ao invés de aquecimento elétrico como é nos outros fornos utilizados em aciarias. Estes fornos eram carregados com ferro gusa líquido vindo dos

alto-fornos ou da redução direta do minério de ferro, sucata de ferro (40-

60%) e aditivos (fundentes).

Fundentes: substância adicionada ao conteúdo de um alto-forno com os propósitos de retirar as impurezas existentes no metal (por exemplo

óxidos) e de tornar a escória mais fluida. No caso do ferro e do aço o fundente mais comum é o calcário.

Neste Forno a oxidação das impurezas não se dá através do oxigênio injetado, seja pela injeção de ar ou gás oxigênio puro no interior do líquido,

e sim pela redução dos óxidos de ferro das sucatas sob altas temperaturas que liberam oxigênio capaz de oxidar tais impurezas. As impurezas que

resultam da reação química com os fundentes adicionados, e são eliminadas da forma convencional, como nos outros fornos, através da

formação de escória que pode ser retirada pela separação física por diferença de densidade.

A grande dificuldade deste forno é o tempo utilizado para o processo (6-8

horas em média), muito superior a de outros tipos de Fornos (cerca de 15

minutos), e a necessidade de utilização de muita sucata.

Desde o inicio do século XX até a década de 60 foi o principal tipo de forno

utilizado nas aciarias, porém, com o surgimento dos conversores Linz-Donawitz, e a redução do preço da energia elétrica em relação ao

aquecimento a gás ou óleo, o forno Siemens-Martin deixou de ser vantajoso, e foi gradativamente substituído por outros tipos de fornos até

sua eliminação total.

Esquema - Forno Siemens Martin

Vazamento Estripagem

4 — Forno Elétrico

utilizado normalmente para a obtenção de aço.

Funciona pelo princípio resultante de uma descarga de plasma, de gás, que ocorre entre os eletrodos, similar a uma fagulha instantânea, de um

fluxo de corrente elétrica em meio normalmente isolante tal como o ar.

Em Física, o plasma é denominado o quarto estado da matéria. Difere-se dos sólidos, líquidos e gasosos por ser um gás ionizado,

O arco ocorre em um espaço preenchido de gás entre dois eletrodos condutivos (freqüentemente feitos de carbono ) e isto resulta em uma

temperatura muito alta, capaz de fundir ou vaporizar virtualmente qualquer coisa.

Representação do tipo Heroult.

(Forno Elétrico)

5 — Conversor Bessemer

utilizado também para a produção de aço

carregamento Vazamento Estripagem

O processo Bessemer consiste em borbulhar ar em ferro fundido liquefeito

para oxidar as impurezas (silício, manganês e carbono) fazendo-as escapar

da mistura na forma de óxido sólido (escória) ou gases, removendo

fósforo.

Hoje em dia é um processo considerado obsoleto quando comparado ao

processo Linz-Donawitz, que sopra oxigênio puro.

Conversor a Oxigênio ou Processo Linz-Donawitz ou LD o processo

mais comum para a produção de aço.

Nos conversores a oxigênio são fabricados mais de 50% da produção mundial de aço. No Brasil eles também são amplamente utilizados.

A carga desse conversor é constituída de ferro gusa líquido, sucata de

ferro, minério de ferro e aditivos (fundentes). Com uma lança

refrigerada com água, injeta-se oxigênio puro a uma pressão de 4 a 12bar no conversor.

O bar é uma unidade de pressão e equivale a exatamente 100 000 Pa

(105 Pa). Este valor de pressão é muito próximo ao da pressão atmosférica padrão, que é definido como 101 325 Pa. O plural do

nome da unidade de pressão bar é bars (Ex.: 2 bars de pressão)

1 bar = 14,5Psi. ( libras por polegada ao quadrado – pounder square

inch )

O pascal (símbolo: Pa) é a unidade padrão de pressão. Equivale a força de 1 N aplicada uniformemente sobre uma superfície de 1 m2.

Para se oxidar o carbono presente no metal liquido que é carregado dentro do conversor LD é necessário grande quantidade de energia,

pois essa reação é extremamente endotérmica (consome calor) e para compensar isso um dos principais elementos presentes no ferro gusa

que também é oxidado é o Sílicio formando uma reação extremamente exotérmica (libera calor). Para neutralizar essa elevada temperatura

que prejudicaria o refratário, adiciona-se sucata ou minério de ferro.

Pela adição de fundentes como a cal, os acompanhantes do ferro como o manganês, silício, fósforo e enxofre unem-se formando a escória.

Para aumentar a qualidade do aço, adicionam-se os elementos de liga no final do processo ou quando o aço está sendo vertido na panela, já

pronto.

Os aços produzidos no LD não contém nitrogênio pois não se injeta ar, daí a alta qualidade obtida. Esse conversor oferece vantagens

econômicas sobre os conversores do processo de Bessemer e

Siemens Martin.

Sempre que se fala em fundição, associa-se logo a idéia de ferro.

Mas esse processo não se restringe só ao ferro.

Ele pode ser empregado com os mais variados tipos de ligas

metálicas, desde que elas apresentem as propriedades adequadas a

esse processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez.

Temperatura de fusão é a temperatura em que o metal passa do

estado sólido para o estado líquido.

Fluidez é a capacidade de uma substância de escoar com maior ou

menor facilidade. Por exemplo, a água tem mais fluidez que o óleo

porque escorre com mais facilidade.

A fundição começou a ser usada pelo homem mais ou menos uns 3000

a.C. Fundiu-se primeiro o cobre, depois o bronze, e, mais

recentemente, o ferro, por causa da dificuldade em alcançar as

temperaturas necessárias para a realização do processo.

A arte cerâmica contribuiu bastante para isso, pois gerou as técnicas

básicas para a execução dos moldes e para o uso controlado do calor

porque forneceu os materiais refratários para a construção de fornos

e cadinhos.

cadinho é um recipiente que pode ser fabricado em vários materiais,

refratários ou não, metálicos como ferro, chumbo, platina, e

cerâmicos como carbeto de silício ou alumina. Normalmente é

aplicado para fundir ligas metálicas. Cadinhos fabricados em carbeto

de silício pode suportar temperaturas da ordem de 2000 ºC, podendo

assim ser utilizado para fundir ligas ferrosas e outras substâncias com

elevada temperatura de fusão.

Sem dúvida, as descobertas da Revolução Industrial, como os fornos

Cubilô os fornos elétricos, e a mecanização do processo, muito

contribuíram para o desenvolvimento da fundição do ferro e,

conseqüentemente, do aço. A maioria dos equipamentos de fundição

foi concebida basicamente nesse período, quando surgiram também

os vários métodos de fundição centrífuga. Ao século XX coube a

tarefa de aperfeiçoar tudo isso.

Importância disso: basta lembrar que a produção de máquinas em

geral e de máquinas-ferramenta, máquinas operatrizes e agrícolas é

impensável sem a fundição.

Sobre processos de fabricação mecânica, se percebe que esses

utilizam sempre produtos semi-acabados, como, chapas, barras,

perfis, tubos, fios e arames, como matéria-prima, pois existem várias

etapas de fabricação que devem ser realizadas antes que o material

metálico se transforme em uma peça.

Por outro lado, a fundição parte diretamente do metal líquido e, no

mínimo, economiza etapas dentro do processo de fabricação.

Vantagens do processo de Fundição

a) As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas

desde as mais simples até as bem complicadas, com formatos

impossíveis de serem obtidos por outros processos.

b) As peças fundidas podem apresentar dimensões limitadas

somente pelas restrições das instalações onde são produzidas. Isso

quer dizer que é possível produzir peças de poucos gramas de peso e

com espessura de parede de apenas alguns milímetros ou pesando

muitas toneladas.

c) A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a

produção rápida e em série de grandes quantidades de peças.

d) As peças fundidas podem ser produzidas dentro de padrões

variados de acabamento (mais ou menos rugoso) e tolerância

dimensional (entre ± 0,2 mm e ± 6 mm) em função do processo de

fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia em

operações de usinagem.

Tolerância dimensional é a faixa dentro da qual uma medida

qualquer pode variar. Por exemplo, o desenho especifica uma medida

de 10 mm, com uma tolerância dimensional de 1. Isso quer dizer

que essa medida pode variar entre 9 e 11 mm.

e) A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque

permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Essas vantagens demonstram a grande diversidade de peças que

podem ser produzidas por esse processo e que os outros não

conseguem alcançar. Para se ter uma idéia, um automóvel não

poderia sair do lugar se não fosse o motor. Nele, a maioria das peças

é feita por meio de processos de fundição.

Peças fundidas

Fundição passo-a-passo

A matéria-prima metálica para a produção de peças fundidas é

constituída pelas ligas metálicas ferrosas (ligas de ferro e carbono) e

não-ferrosas (ligas de cobre, alumínio, zinco e magnésio).

O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser

resumido nas seguintes operações:

1.Confecção do modelo – Essa etapa consiste em construir um

modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo

vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever a

contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual

sobremetal para posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira,

alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

2. Confecção do molde – O molde é o dispositivo no qual o metal

fundido é colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de

material refratário composto de areia e aglomerante.

Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma

cavidade com o formato da peça a ser fundida.

3. Confecção dos machos – Macho é um dispositivo, feito

também de areia, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e

reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles

sejam fechados para receber o metal líquido.

4. Fusão – Etapa em que acontece a fusão do metal.

5.Vazamento – O vazamento é o enchimento do molde com metal

líquido.

6. Desmoldagem - Após determinado período de tempo em que a

peça se solidifica dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do

tipo de molde e do metal (ou liga metálica), ela é retirada do molde

(desmoldagem) manualmente ou por processos mecânicos.

Quebra do molde de areia para a retirada da peça desmoldagem.

7. Rebarbação – A rebarbação é a retirada dos canais de

alimentação, massalotes e rebarbas que se formam durante a

fundição. Ela é realizada quando a peça atinge temperaturas próximas

às do ambiente.

Após o corte dos massalotes e canais de vazamento, estas áreas ficam

com acabamento superficial irregular, necessitando uma operação complementar

para a obtenção das dimensões originais do modelo. Neste instante são removidas também as ―rebarbas‖ de metal que não

fazem parte da peça final.

Estas operações envolvem e dependem da habilidade do operador para garantir as dimensões desejadas na peça acabada.

Definições:

Canais de alimentação ou vazamento:

1- são as vias, ou condutos, por onde o metal líquido passa para chegar

ao molde.

2- São os dutos para levar o metal vindo da panela de vazamento até o

interior do molde, que contém a cavidade que irá formar a peça

fundida.

1-Massalote é uma espécie de reserva de metal que preenche os

espaços que vão se formando à medida que a peça vai solidificando e se

contraindo.

2-Massalotes são reservas metálicas para evitar depressão ( rechupe

) na superfície das peças, após a contração do material fundido

3-Massalotes São reservatórios de metal liquido que irão compensar a contração do metal da peça quando da mudança do estado liquido para

o sólido. Um massalote mal dimensionado irá causar um “rechupe” ou vazio de contração na peça.

rechupe ou vazio de chupagem

8. Limpeza - A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série

de incrustações da areia usada na confecção do molde. Geralmente ela é

feita por meio de jatos abrasivos.

Essa seqüência de etapas é a que normalmente é seguida no processo de

fundição por gravidade em areia, que é o mais utilizado.

Um exemplo bem comum de produto fabricado por esse processo é o bloco

dos motores de automóveis e caminhões.

O processo de fundição por gravidade com moldagem em areia apresenta

variações. As principais são:

fundição com moldagem em areia aglomerada com argila; ( areia verde )

fundição com moldagem em areia aglomerada com resinas.

A fundição por gravidade usa também moldes cerâmicos. Esse processo

recebe o nome de fundição de precisão. O Molde pode ser revestido com

material cerâmico para possibilitar o processamento de materiais metálicos

de alto ponto de fusão

Existe ainda um outro processo de fundição por gravidade que usa moldes

metálicos.

Os Moldes metálicos permitem a obtenção de centenas de milhares de peças com um único molde.

Quando são usados moldes metálicos, não são necessárias as etapas de

confecção do modelo e dos moldes.

Vantagens: melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais e resistência mecânica.

Desvantagens: maiores custos (viável para produção seriada), metais para

peça devem ter ponto de fusão menor que metal dos moldes, possível diminuição da tenacidade do material da peça.

Exemplos de moldes metáicos: lingoteiras

Fundição em coquilha

Feito por gravidade, esse processo consiste em obter peças por meio do

vazamento do metal líquido em um molde metálico, também chamado de coquilha. A introdução do metal é essencialmente determinada pela força

da gravidade.

Outro processo que usa molde metálico é o processo de fundição sob

pressão.

Consiste na injeção de um metal líquido contido em um recipiente (câmara

de injeção) para o interior da cavidade de um molde fabricado em aço, por

meio de um pistão.

Na primeira fase, o ar é eliminado da câmara de injeção. Depois, há um

rápido preenchimento da cavidade do molde para evitar o resfriamento do

metal.

A última etapa é a compactação do metal para diminuir o volume das

microporosidades decorrentes da contração de solidificação do metal.

Metal líquido é bombeado para o interior de uma matriz (molde).

As Matrizes são refrigeradas a água para aumento da vida útil do molde e

resfriamento mais rápido da peça em fabricação.

Matriz

Vantagens:

– permite espessuras de paredes da peça mais finas e mais complexas

– alta capacidade de produção

– peças praticamente acabadas

Desvantagens:

– altos custos – apenas peças de pequenas dimensões (normalmente até 5Kg, máximo

25Kg) – apenas para ligas de baixo ponto de fusão (zinco, alumínio, cobre,

bronze, etc)

Características e defeitos dos produtos fundidos

Quando um novo produto é criado, ou quando se quer aperfeiçoar algo que

já existe, o departamento de engenharia geralmente tem alguns critérios

que ajudam a escolher o tipo de processo de fabricação para as peças

projetadas.

No caso da fundição, vários fatores podem ser considerados:

formato e complexidade da peça

tamanho da peça

quantidade de peças a serem produzidas

matéria-prima metálica que será usada

Além disso, as peças fundidas apresentam características que estão

estreitamente ligadas ao processo de fabricação como por exemplo:

acréscimo de sobremetal, ou seja, a camada extra de metal que será

desbastada por processo de usinagem

furos pequenos e detalhes complexos não são feitos na peça porque

dificultam o processo de fundição, embora apareçam no desenho. Esses

detalhes são depois executados também por meio de usinagem.

arredondamento de cantos e engrossamento das paredes da peça para

evitar defeitos como trincas e melhorar o preenchimento com o metal

líquido.

Defeitos comuns que podem surgir nas peças fundidas:

inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.

Isso causa problemas de usinagem: os grãos de areia são abrasivos e,

por isso, estragam a ferramenta. Além disso, causam defeitos na

superfície da peça usinada.

defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de

partículas duras indesejáveis no material. Isso também causa desgaste

da ferramenta de usinagem. rechupe, ou seja, falta de material devido ao processo de solidificação,

causado por projeto de massalote malfeito. porosidade, ou seja, a existência de ―pequenas falhas ou reentrâncias

alheias ao projeto‖ dentro de peça. Elas se originam quando os gases que existem dentro do metal líquido

não são eliminados durante o processo de vazamento e solidificação. Isso causa fragilidade e defeitos superficiais na peça usinada.

Peça com sobremetal para posterior usinagem

MOLDES USADOS EM FUNDIÇÃO

TIPO PROCESSOS

Areia verde (*) Areia seca (em estufa)

Shell Molding (molde em casca)

Cera perdida

Moldes

Coquilha (vazamento

p/gravidade)

Die Casting (sob pressão)

Fundição centrífuga

(*)

moldagem em areia verde,

consiste em uso do molde

feito em areia úmida e, em

seguida, compactada.

O Termo ―verde‖ significa

que a umidade foi

acrescentada na areia e

aglomerantes. Essa técnica é

largamente utilizada devido

à sua facilidade de uso,

baixo custo e abundância de

matéria-prima. A areia verde

é a combinação da areia

sílica com os agentes

aglomerantes, em geral a

argila, componentes estes

normalmente baratos.

Não permanentes

Permanentes

Peças Fundidas em alumínio

DESCRIÇÃO DOS PROCESSOS

MOLDES NÃO PERMANENTES

São moldes inutilizados após a desmontagem. A areia de que foram feitos é

reaproveitada, com exceção da areia do processo shell molding que é

totalmente inutilizada.

Areia verde — Compõe-se de uma mistura de areia + argila+ água +

aditivos especiais.

A areia utilizada é úmida.

Estes moldes são feitos socando-se a areia sobre o modelo. São usados uma

única vez, pois são destruídos na extração da peça.

A moldagem pode ser manual ou mecanizada.

Areia seca — O material é o mesmo do molde em areia verde somente que o

molde, neste caso, passa por uma estufa entre 150 ° C e 250 °C por um tempo

de 30 minutos a 3 horas.

O molde seco é pouco usado atualmente porque a operação de estufagem é

muito demorada e representa um estrangulamento na produção.

Shell Molding — A moldagem é feita em casca de areia fina e resina

(granulada) obtida conforme esquema abaixo.

Uma vez formada a casca com espessura desejada a placa é retirada do tambor

e a casca por meio de pinos extratores.

É um processo não permanente, comumente usado em peças de qualidade.

MOLDES PERMANENTES

São moldes que podem ser utilizados permanentemente em produção

seriada. Este sistema é muito utilizado em altas produções.

Coquilha — É um molde feito geralmente de ferro fundido cinzento, no

qual o metal é vazado exclusivamente por gravidade.

Antes da operação de vazamento do metal, a coquilha é aquecida a uma

temperatura mais alta possível. É um processo totalmente mecanizável.

As ligas mais frequentemente fundidas em coquilha são:

—alumínio

—zinco

— cobre

— ferro fundido (cinzento)

— magnésio

Fundição sob pressão (Die Casting )

Consiste em forçar o metal liquido sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, chamado matriz. Esta é metálica, portanto de natureza permanente e ,

assim pode ser usada inúmeras vezes.

Devido à pressão e a consequente alta velocidade de enchimento da cavidade

do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de formas bastante complexas e de paredes mais finas do que os processos por gravidade

(Coquilha), permitem.

A matriz é geralmente construída em duas partes, que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. Ela pode ser utilizada fria

ou aquecida à temperatura do metal líquido, o que exige materiais que suportem essas temperaturas. O metal é bombeado na cavidade da matriz e a

sua quantidade deve ser tal que, não só preencha inteiramente esta cavidade,

como também os canais localizados em determinados pontos para evasão do ar. Esses canais servem igualmente distribuídos, para garantir o preenchimento

completo das cavidades da matriz.

Assim, simultaneamente, produz-se alguma rebarba. Enquanto o metal solidifica, é mantida a pressão durante um certo tempo, até que a solidificação

se complete. A seguir, a matriz é aberta e a peça é expelida. Procede-se, então, a limpeza da matriz e a sua lubrificação. Fecha-se novamente e o ciclo é

repetido.

Fundição por centrifugação

O processo consiste em vazar-se metal líquido num molde dotado de

movimento de rotação, de modo que a força centrífuga origine uma pressão além da gravidade, que obriga o metal líquido ir de encontro com as paredes do

molde onde aquele se solidifica. Um dos exemplos mais conhecidos de utilização do processo, corresponde a fabricação de tubos de ferro fundido para linhas do

suprimento de água.

A máquina empregada, consiste essencialmente de um molde metálico

cilíndrico, montado em roletes, de modo que nele se possa aplicar o movimento de rotação.

Esse cilindro é rodeado por uma camisa de água estacionária, montada por sua

vez, em rodas, de modo a permitir que o conjunto se movimente longitudinalmente.

O diâmetro dos tubos de ferro fundido centrifugados varia de 15 cm a 60 cm.

Além de tubos de ferro fundido, outras peças tubulares tais como: camisas,

buchas, etc., em ferro ou em não ferrosos, podem ser centrifugados.

Fundição de Precisão

Os processos de fundição por precisão utiliza um molde obtido pelo

revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante a um adequado

aquecimento. Uma vez que essa pasta refratária foi endurecida, o modelo é consumido ou inutilizado. Tem-se assim uma casca endurecida que constitui o

molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes à peça que se deseja produzir. Vazado o metal líquido no interior do molde, e solidificada a

peça correspondente, o molde é igualmente inutilizado.

Principais Vantagens

Possibilidade de produção em massa de peças de formas complicadas que são difíceis ou impossíveis de obter processos

convencionais de fundição ou por usinagem;

Possibilidade de reprodução de pormenores precisos, cantos vivos,

paredes finas etc.; Obtenção de maior precisão dimensional e superfícies mais macias;

Utilização de praticamente qualquer metal ou liga; As peças podem ser produzidas praticamente acabadas,

necessitando de pouca ou nenhuma usinagem posterior, o que torna mínima a importância de adotarem-se ligas fáceis de usinar;

As dimensões de peso são limitados, devido a considerações econômicas e físicas, e devido à capacidade do equipamento

disponível. O peso recomendado dessas peças não deve ser superior a 5kg.

O investimento inicial para peças maiores (de aproximadamente 5kg a 25kg) é muito elevado...

Fundição de precisão pelo sistema de cera perdida

Utilizam-se dois moldes: um para obtenção de modelos em cera e outro para obtenção das peças no material desejado.

O primeiro molde é feito em alumínio ou outro metal que possa ser facilmente

trabalhado. Já o segundo molde é composto por pasta refratária (areia fina e resina).

Etapas do processo

A partir da matriz:

1. A cera é injetada no interior da matriz para confecção dos modelos; 2. Os modelos de cera endurecida são ligados a um canal central;

3. Um recipiente metálico é colocado ao redor do grupo de modelos; 4. O recipiente é enchido com uma pasta refratária (revestimento), para

confecções do molde; 5. Assim que o material do molde endurecer, pelo aquecimento, os

modelos são derretidos e deixam o molde; 6. O molde aquecido é enchido do metal líquido, sob ação de pressão, por

gravidade, a vácuo ou por intermédio da força centrifuga:

7. O material do molde é quebrado e as peças fundidas são retiradas; 8. As peças são separadas do canal central e dos canais de enchimento,

esmerilhadas.

Vantagens: – possibilidade de produção em massa de peças complexas

– permite cantos vivos – utilização de qualquer metal ou liga

– peças praticamente acabadas

Desvantagens: – altos custos

– limitação a peças pequenas (5 Kg)

Fundição Contínua

Neste processo, as peças fundidas são longas, com secções quadrada,

retangular, hexagonal ou de formatos diversos. Em outras palavras, o processo funde barras de grande comprimento com as secções mencionadas, as quais

serão posteriormente processadas por usinagem ou pelos métodos de conformação mecânica no estado sólido. Em princípio, o processo consiste em

vazar-se o metal líquido num cadinho aquecido. O metal líquido escoa através

de matrizes de grafite ou cobre, resfriados na água.

Vazamento do metal líquido em matriz prismática vazada.

Pode-se produzir placas de aço com aproximadamente 2m de largura e 0,2m de espessura.

REGRAS DE PROJETO DE PEÇAS FUNDIDAS

Qualidade do desenho

1 — Evitar reentrâncias (setas 1 e 2)

2 — Prever inclinações p/ retirada do modelo (setas 3 a 7)

7

3 — Dimensionar as passagens de metal fundido com secções transversais

suficientemente grandes.

Ruim

Bom

4 — Concordar o encontro das superfícies com arredondamento certos. Os

arredondamentos grandes originam "vazios", enquanto os pequenos e os

cantos vivos originam tensões internas.

TRINCA VAZIO MODELO CORRETO

RUIM

BOM

5 — Dar maior uniformidade possível a espessura das paredes.

6 — Superfícies inclinadas favorecem a saída do ar e a uniformização das

tensões.

TRINCA VAZIO MODELO CORRETO

RUIM BOM

RUIM BOM

7 – Os machos apoiados em mais pontos provocam menos falhas na fundição.

8 — Separar peças complicadas e fabricá-las separadamente

RUIM BOM

CUIDADOS POR OCASIÃO DA FUNDIÇÃO

A — Formação de "vazios" em peças fundidas pode ser evitada por meio de canais de subida ou por meio de placas de resfriamento.

EXERCiCIOS

Exercício 1

Responda às seguintes perguntas.

a) O que é fundição?

b) Comparando o óleo com a água,

1. Qual possui maior fluidez?

2. Qual possui menor fluidez?

c) Por que a fluidez é uma propriedade importante para o processo de

fundição?

d) Sabendo que a temperatura de fusão do aço é de aproximadamente

1600ºC e a do ferro fundido é de aproximadamente 1200ºC, responda:

1. Qual dos dois é melhor para a produção de peças fundidas?

2. Por quê?

Exercício 2

Responda às seguintes perguntas.

a) Por que o processo de fundição é mais vantajoso quando comparado com

outros processos de fabricação?

b) Escreva V para as sentenças corretas ou F para as sentenças erradas

mostradas a seguir.

1. ( ) Na fundição, a produção de peças é demorada e sempre em

pequena quantidade.

2. ( ) As medidas das peças fundidas podem ter tolerâncias entre 0,2 e

6 mm.

3. ( ) As peças fundidas podem ter tamanhos pequenos ou muito

grandes e formatos simples ou complicados.

4. ( ) A fundição só produz peças com acabamento muito áspero.

Exercício 3

Reescreva corretamente as afirmações que você considerou erradas.

Exercício 4

Relacione a coluna A com a coluna B.

Coluna A Coluna B

a) ( ) Retirada de canais, massalotes e rebarbas

da peça.

1. Confecção do

molde

b) ( ) O metal é derretido em fornos especiais. 2. Confecção do

macho

c) ( ) Retirada da peça sólida do molde. 3. Confecção do

modelo

d) ( ) O modelo é construído com madeira,

metal ou resina.

4. Fusão

5. Vazamento

e) ( ) O metal líquido é despejado no molde. 6. Desmoldagem

f) ( ) Etapa em que o molde é construído. 7. Rebarbação

g) ( ) Etapa em que os machos são construídos. 8. Limpeza

h) ( ) Etapa em que a peça é jateada e limpa.

Exercício 5

Responda às seguintes perguntas.

a) Como se chamam os dutos que conduzem o metal líquido para o interior

do molde?

b) Qual é o nome do reservatório que serve para suprir a peça com metal à

medida que ele se resfria e contrai?

c) Escreva os nomes dos outros processos de fundição citados nesta parte

da aula.

Exercício 6

Resolva às seguintes questões.

a) Ao lado são apresentados dois desenhos: o primeiro de uma peça

acabada, já usinada, e o segundo, da mesma peça, porém apenas

fundida. Use os conhecimentos que você adquiriu nesta aula e responda

por que a peça fundida teve que ser modificada e qual a finalidade de

cada modificação feita.

b) Se você estivesse usinando uma peça fundida e verificasse a presença de

muitos buraquinhos, como você chamaria esse defeito? Qual sua causa?

c) Se na usinagem você notar que a ferramenta está desgastando muito

rapidamente, qual o defeito de fundição que estaria causando esse

problema?

Introdução à Engenharia de Fabricação por Fundição.

1.1 – lntrodução

Para que um produto qualquer, seja ele um conjunto mecânico ou não, tenha boa aceitação pelo mercado consumidor, não é suficiente que tenha

um bom projeto de dimensionamento, com suas respectivas verificações dos esforços, desgastes e vida útil.

Dentro de um ciclo de produção desse produto, a fase de projeto e

dimensionamento é apenas uma das muitas que deverão ser percorridas até

que o produto seja colocado no mercado.

As fases posteriores, a serem percorridas e previstas são:

A condição de intercambialidade entre as diversas peças componentes, fabricadas em épocas diferentes e, eventualmente, por

fábricas diferentes, deverá ser mantida. Somente através desta condição, o produto atingirá um índice de credibilidade suficiente para

ser consumido em larga escala, sem preocupação de reposição de peças que não venham a ter a mesma eficiência da peça original. Esta

condição pode ser atingida ainda em fase de projeto, com a introdução dos conceitos de tolerâncias de ajuste entre as peças,

especificações de desvios de forma e posição, rugosidade superficial, além do estudo dos acúmulos de tolerâncias que permitam a

montagem do conjunto dentro das condições previstas em cálculos de

dimensionamento.

A qualidade do produto deve ser mantida constante ao longo dos lotes produzidos.

O custo final deverá ser o menor possível. Esta condição completa as outras duas, fechando o ciclo de pré-requisitos que devem ser

atingidos para que o produto tenha condições de competição. Observa-se portanto que as duas últimas fases só poderão ser

manipuladas após o desenho ser liberado para produção.

Inserida entre o projeto do produto e a sua produção propriamente dita, encontra-se toda uma metodologia de análise e tratamento tecnológico dos

problemas, surgida da necessidade de se fazer cumprir e respeitar essas duas importantes fases do ciclo produtivo de um produto, denominada de

Engenharia de Fabricação.

2 - Departamentos de uma Organização

Dentro do Diagrama Funcional observa-se que alguns setores ou departamentos desempenham um papel fundamental.

a) Engenharia do Produto

A partir das informações de funcionamento, desempenho e vida útil, entre outras, a Engenharia do Produto deverá:

Definir dimensões, tolerâncias dimensionais e geométricas,

acabamentos superficiais, tratamentos térmicos, etc.;

Testar os protótipos a fim de verificar sua funcionalidade e qualidade.

Após essas fases, o desenho do produto é então definido, devendo ser

respeitado em todas as fases subseqüentes da fabricação.

b) Produção

A esse departamento cabe a função de produzir as quantidades programadas dentro do prazo definido.

Naturalmente, dentro da sua função específica de produzir peças, cumprindo um determinado programa estabelecido de acordo com as

necessidades de venda, este departamento deverá ser subsidiado com informações técnicas bastante detalhadas com previsões e antecipações de

eventuais problemas.

b) Controle de Qualidade

Para que se assegure que a peça, no fim do seu ciclo de fabricação, seja

uma cópia fiel do desenho originado em Produto, haverá necessidade de pessoal que faça cumprir as exigências dimensionais, metalúrgicas e

especificações técnicas nele contidas. Esta função está determinada ao Controle de Qualidade.

As principais metas a serem atingidas pelo Controle de Qualidade são:

Determinar as tolerâncias funcionais e realmente necessárias que

devem ser especificadas pelo desenho do produto. Este retorno de informações à Engenharia do Produto é de vital importância para

adequação do projeto à capacidade produtiva da fábrica.

Determinar o plano de controle de qualidade dos resultados obtidos pelo processo de fabricação ao longo do tempo. Esta comunicação

com a Engenharia de Fabricação, através de estudos de capacidade de

máquinas ou processos, além do Controle Estatístico de Qualidade, permite melhorar continuamente os processos de fabricação.

Conhecer a segurança oferecida pelas montagens das máquinas nas

diversas operações do processo de fabricação. Este conhecimento

permite à produção, fabricar peças dentro dos limites de rejeição pré-

estabelecidos.

Desempenhar corretamente, através das três atribuições anteriores, a função de fazer respeitar a qualidade do produto que foi estabelecida

através do compromisso entre um desenho do produto compatível com o desempenho dele esperado e sua respectiva adequação aos

meios produtivos disponíveis.

d) Engenharia de Fabricação

O elo de ligação entre as responsabilidades de projetar, produzir e controlar

a qualidade, está atribuído a um grupo de pessoas e, de uma maneira mais geral, a uma filosofia técnica conhecida como Engenharia de Fabricação.

A Engenharia de Fabricação deve abranger, em princípio:

Processos de Fabricação

A partir dos desenhos das peças, determinar os processos produtivos, fornecendo a seqüência de fabricação, máquinas, ferramental de corte,

fixação e medição, condições de usinagem, etc. Projeto de Ferramental

Ferramentaria Planejamento e Almoxarifado de Ferramental

Tempos e Métodos

A partir da seqüência de fabricação estabelecida pelos processos de

fabricação, determina, para as diversas operações, os tempos padrões para a sua execução. Os tempos assim determinados

serão usados para a determinação do custo da peça, controle de eficiência do operador, relação entre horas trabalhadas e horas disponíveis e,

eventualmente, prêmios de produção.

Arranjo Físico Determina a posição das máquinas produtivas através das informações

recebidas dos processos de fabricação.

PROCESSOS DE FABRICAÇÃO

2.1 – Introdução

Os processos de fabricação mecânica têm como objetivo a modificação de

um corpo metálico, com o fim de lhe conferir uma forma definida. Os processos de fabricação podem ser divididos em dois grupos: processos

mecânicos, nos quais as modificações de forma são provocadas pelas aplicações de tensões externas e processos metalúrgicos, nos quais as

modificações de forma estão relacionados com altas temperaturas.

2.2 - Processos de Fundição

A base de todos os processos de fundição consiste em alimentar o metal

líquido na cavidade de um molde com o formato requerido, seguindo-se um resfriamento, a fim de produzir um objeto sólido resultante da solidificação.

Os vários processos diferem, principalmente, na maneira de formar o molde, em alguns casos, como no da moldagem em areia, constrói-se um

molde para cada peça a ser fundida e, subseqüentemente, ele é rompido para remover-se o fundido, ou seja, desmoldá-lo.

Em outros casos, como por exemplo na fundição sob pressão, usa-se um molde permanente repetidas vezes, para uma sucessão de fundições,

removendo-se o fundido após cada fundição, sem danificar o molde.

Em ambos os casos, entretanto, é necessária uma provisão de metal líquido que preencha todas as partes do sistema e permaneça no local até que sua

solidificação termine.

As etapas básicas e a terminologia podem ser mais ilustradas considerando-se a fundição num molde de areia.

Primeiro é necessário um modelo do objeto a ser fundido. Ele pode ser manufaturado com madeira, metal ou outros materiais. O molde é feito por

compactação de areia em torno do modelo, com toda a estrutura contida numa caixa de moldagem.

Usualmente o molde é feito em duas partes: uma superior e outra inferior. A superfície do modelo é tratada para facilitar sua remoção após a

moldagem. Se o fundido deve possuir regiões ocas, são feitos modelos separados denominados machos que são colocados no interior da cavidade

deixada pelo modelo fundido. O espaço entre a cavidade e o macho será

então preenchido pelo metal líquido, que solidifica, formando-se a peça fundida.

A provisão de metal é feita por meio de um sistema de canais de alimentação existentes no molde. Ao mesmo tempo faz-se uma grande

abertura rebaixada denominada de bacia de vazamento, para facilitar a entrada do metal no molde. São abertos canais alargados para permitir que

o metal escoe para fora da cavidade do molde após seu preenchimento, mantendo assim uma cabeça

metalostática durante a solidificação. Esses canais são conhecidos como massalotes ou montantes.

Terminada a solidificação, a peça fundida é removida do molde por um

processo conhecido como desmoldagem. Em seguida, os machos são extraídos por impacto e os alimentadores são cortados. A areia restante é

removida e a peça esta pronta para as operações de rebarbação.

Nos processos de molde permanente são usados normalmente moldes

metálicos que possuem os requisitos necessários para os sistemas de vazamento e alimentação. As dificuldades que envolvem a produção de

moldelos metálicos são responsáveis pelo alto custo dos processos que utilizam moldes permanentes.

Pode-se fundir peças de forma simples ou complicadas, peças com partes ocas, etc. Nos anos recentes, a fundição evoluiu de tal maneira que não

existe peça que não possa ser fundida. Deve-se sempre, porém, dirigir-se o projeto da peça às vantagens e limitações de cada processo de fundição.

A - Tipos principais

Fundição em Areia

Utiliza-se a areia como material de moldagem. A areia deve ser

previamente preparada através de homogeneização. A gravidade é usada para vazamento do metal líquido.

O método mais simples de se conformar o molde é construí-lo manualmente. Esta é uma prática ainda comum para moldes grandes, ou

quando estão sendo produzidas amostras de fundidos.

Etapas que envolvem a produção de um molde simples

- Terminologia dos sistemas de canais de alimentação. Para produção em larga escala são adotados processos automáticos ou

semi-automáticos, utilizando máquinas de moldagem.

O processo básico de fundição em areia apresenta muitas vantagens. Possui grande flexibilidade como processo e é simples, econômico e pode ser

usado na produção de peças fundidas de grande variedade de tamanhos,

desde alguns gramas até várias toneladas. As perdas de material do molde são pequenas, já que a areia pode ser recuperada.

Por outro lado, a fundição em areia não pode ser empregada para seções

finas ou formatos intrincados, pois a precisão dimensional e o acabamento superficial são geralmente pobres. Em muitos casos e particularmente com

peças fundidas muito grandes, a erosão da face do molde pelo metal líquido traz sérias dificuldades. Para superar tais problemas, a maior parte dos

desenvolvimentos em fundição em areia tem sido feita no tocante ao aumento da rigidez dos moldes e machos.

Fundição em Casca (Shell Molding)

Para peças precisas usa-se resina fenólica para recobrir a areia. Pode ser

usada onde haja necessidade de melhor acabamento superficial. Neste caso

pode-se aplicar a moldagem manual ou mecanizada.

Fundição em Moldes Permanentes

O processo é particularmente adequado para a produção em larga escala de peças fundidas pequenas e simples, sem rebaixos complexos ou partes

internas intrincadas. Com moldes permanentes obtém-se bom acabamento

superficial e alta definição de detalhes.

Fundição em Coquilha (Sob Pressão)

A fundição sob pressão em matriz metálica difere da fundição em molde permanente por ser mantida uma pressão positiva sobre o metal no interior

do molde e durante a solidificação. A tolerância dimensional e a rugosidade superficial desse processo são

melhores que em todos os outros. As matrizes são construídas de aço ferramenta de médio carbono, e com

refrigeração interna a fim de prolongar sua vida.

Podem ser obtidas peças com seções bastante finas, devido à injeção sob pressão.

Outros Tipos de Fundição

Além dos citados, existem outros tipos de fundição tais como:

- fundição com cera perdida onde o modelo é feito de cera ou de plástico,

que se desintegra quando da confecção do molde em sua etapa de queima para endurecimento;

- fundição com molde cheio onde o modelo é feito de material combustível

sólido ou material vaporizável (normalmente poliestireno expandido).

O molde é conformado em torno deste e o metal líquido é vazado sem a

retirada do modelo, o qual vai se decompondo progressivamente até que o metal preencha totalmente o molde.

B - Avaliação dos Processos de Fundição

A comparação e a avaliação dos diferentes processos de fundição descritos

anteriormente tornam-se importantes para a seleção do processo mais econômico numa dada situação. Não é possível fazer uma avaliação

inequívoca, devido ao grande número de variáveis envolvidas. O fator material mais importante na escolha do processo de fundição é a

temperatura de fusão. Os processos que utilizam material refratário para os moldes (por exemplo,

fundição em areia) podem ser usados em uma variedade ilimitada de ligas. Por outro lado, aqueles que requerem molde metálico permanente, ou

matriz, devem ser usados normalmente para as ligas de baixo ponto de

fusão (ligas à base de alumínio, cobre, magnésio, etc.). Tal limitação é necessária para assegurar uma vida útil aceitável da matriz.

Os processos de fundição são extremamente flexíveis quanto ao tamanho e

peso das peças, sendo que fundidos com menos de um grama até muitas toneladas encontram-se em produção normal. Os fundidos maiores usam,

invariavelmente, o processo de fundição em areia ou uma de suas

variantes. Os fundidos menores são produzidos mais adequadamente pelo processo em matriz ou por cera perdida, dependendo da liga.

A eficiência dos processos de fundição na reprodução de formas complexas

tridimensionais é de fundamental importância. As formas mais complexas requerem o uso de modelos mais caros, tais como os usados em fundição

por cera perdida e em fundição com molde cheio. Os altos custos envolvidos na manufatura de matrizes metálicas, junto com a necessidade de que o

fundido possa ser facilmente desmoldado, colocam restrições na complexidade de peças que possam ser produzidas pelos processos de

molde permanente. Apesar disto, as técnicas modernas de fabricação de

matrizes permitem produzir regularmente fundidos complexos.

Um dos fatores mais importantes é a espessura mínima da seção que pode ser produzida por um determinado processo. Ela é função tanto do

acabamento superficial do molde como do método de alimentação do metal líquido, sendo ainda dependente das limitações envolvidas na conformação

da cavidade do molde.

Os processos mais capazes de produzir seções finas são aqueles onde o metal líquido é forçado para o interior do molde (fundição sob pressão) ou

aqueles em que seções finas podem ser moldadas (fundição por cera perdida). Nesse último caso. é necessária alguma forma de pressão para

assegurar o preenchimento completo do molde.

A precisão dimensional e o acabamento superficial variam grandemente de

processo para processo. Aqueles que envolvem moldes metálicos tendem a produzir fundidos com maior precisão.

Os processos de fundição também devem ser analisados sob o aspecto

econômico. A escolha de um processo de fundição para uma determinada peça deve levar em conta além dos aspectos técnicos, fatores econômicos

tais como:

Nível de produção em número de peças Custo de ferramental de fundição

Custo do equipamento Custo da usinagem para acabamento da peça

Custos gerais tais como consumo de energia, movimentação, etc