Disciplina: Fundição Dr. Eng. Metalúrgica · • Simplicidade técnica na obtenção de formas...
Transcript of Disciplina: Fundição Dr. Eng. Metalúrgica · • Simplicidade técnica na obtenção de formas...
1
Aula 01: Introdução aos Processos de Fundição_Semes tre_2016_1
1. Introdução
- Definição de fundição.- Características e potencialidades dos processos de fundição.- Princípios fundamentais.
2. Classificação dos Processos de Fundição
- Classificação em Função do Tipo de Molde.- Classificação em Função da Forma de Enchimento.
3. Critérios para Escolha de um Processo de Fundição
- Material- Peça- Fatores Econômicos- Infraestrutura.
Disciplina: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica
Processo metalúrgico de fabricaçãoque envolve a
fusãode metais ou ligas metálicas, seguida do
vazamento-enchimento dos mesmos em moldes
adequadospara solidificaçãoe obtenção das formas
sólidas finais requeridas
DEFINIÇÃO DE FUNDIÇÃO
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
2
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Principais eventos envolvidos
Metal
Fusão
Enchimento
Solidificação
Molde
Projeto do Ferramental
Fabricação do Molde
Utilização – obtenção da peça
Rota Metalúrgica Rota Processual
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Processo de FundiçãoRota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Seleção e Preparação da Carga
Rota Processual
FerramentaisMatérias Primas
e Insumos
Projetos
Processo ?
Tipo de Molde e/ou Modelo(Materiais)
Forma de Enchimento
Introdução aos Processos de Fundição
3
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Fusão e Vazamento
Preparação de Areia e Moldagem Macharia
Rota Metalúrgica
Seleção e Preparação da Carga
Fusão –Tratamentos do Banho
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Carga composta por diferentes materiais
Conhecimento das composições químicas dos diferentes componentes da carga
Elaboração do cálculo de carga e definição das proporções dos diferentes componentes
Composição química Especificada
Estimativa de Perdas na fusão
Principal problema: conhecimento preciso da composição química da carga
Introdução aos Processos de Fundição
4
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Fusão – ocorrência de reações químicas do metal líquido com o
ambiente
Desequilíbrio na composição química
Medidas necessárias:1. Controle da temperatura do banho2. Controle do tempo a temperaturas elevadas3. Realização de tratamentos do banho
Principal problema: variações na composição química ⇒ peças fora das especificações
Introdução aos Processos de Fundição
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Transferência do metal líquido do forno para os moldes
Sistemas de vazamento (manuais, mecânicos e automatizados) e características dos moldes (bacia, copo, funil,...)
Principais problemas: perdas de temperatura e agitação do metal líquido
Introdução aos Processos de Fundição
5
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Escoamento do metal líquido nos canais de enchimento e preenchimento da peça (fluidez)
Controle do regime de escoamento e da velocidade de preenchimento da(s) peça(s)
Aplicação de fundamentos da Mecânica dos Fluídos no projeto dos sistemas de canais
Principais problemas: reduzir a turbulência e garantir velocidades de enchimento adequadas
Introdução aos Processos de Fundição
Processos podem ser classificados em função da forma de preenchimento
Processo de Fundição
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento Principais problemas: controlar a sanidade interna e obter a estrutura mais adequada
Aspetos Externos
Preenchimento completo
Integridade superficial
Acabamento superficial
Aspetos Internos
Sanidade Interna
Macroestrutura
Microestrutura
Introdução aos Processos de Fundição
6
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Contrações e tensionamento da peça
Tendência a trincas e empenamentos
Principais problemas: limitações da utilização de machos e de geometrias mais complexas
Cuidados especiais no projeto da peça
Introdução aos Processos de Fundição
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Rota Metalúrgica
Fusão –Tratamentos do Banho
Seleção e Preparação da Carga
Vazamento
Preenchimento
Solidificação
Resfriamento
Pós Processamento
Corte de canais e rebarbação
Operações de usinagem
Operações de proteção superficial
Tratamentos Térmicos
Controle de Qualidade
Tratamentos superficiais
Introdução aos Processos de Fundição
7
O Processo de Fundição permite obtenção de:
• Peças acabadas ou semi acabadas
• Lingotes para conformação mecânica
• Lingotes para refusão
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
• Lingotes para refusão
• Lingotes por fundição contínua
Principais elementos na obtenção de uma peça fundida em um molde de areia
Molde Inferior
Molde Superior
Linha de Apartação
Cavidade do Molde
Marcação do Macho
Areia
Areia
Caixa de Moldagem
Ataque
MACHO
Canal de Distribuição
Descida
Massalote
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
8
Etapas básicas envolvidas na obtenção de uma peça f undida em areia verde
Placa superior Placa inferiorMachoCaixa de Machos
Desenho da Peça
Caixa e Placa superiores com os modelos dos canais
Caixa superior após compactação da areia
Caixa e Placa inferiores Caixa inferior após remoção do modelo
Caixa inferior após colocação do macho
Molde pronto para o vazamento do metal
Conjunto fundido extraído do molde
Peça fundida após operações de acabamento
FerramentalFerramental
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Molde de areia
9
Tipo de Molde Tipo de Modelo Forma de Enchimento
Fornos
Reações do Líquido
Propriedades do Líquido
Defeitos
FUSÃO ENCHIMENTO SOLIDIFICAÇÃO
Produto (Peça)
Estrutura
Propriedades
Canais de Enchimento
PROJETOS Massalotes
Peça
FERRAMENTAL MODELO/MOLDE
PROCESSO
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Sólido Líquido Sólido
Fusão
Tratamentos do BanhoManutenção da TemperaturaVazamento
Solidificação
Princípio Fundamental: mudança do estado físico do metal ou liga (fusão-solidificação)
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Enchimento
10
Principais características do processo:
• Natureza economicamente competitiva
• Único processo de conformação viável em alguns casos
• Simplicidade técnica na obtenção de formas complexas
Versatilidade
Altas Taxas de ProduçãoPossibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Matriz para forjamento a quente usada na fabricação de cilindros
de pressão para Reatores Nucleares. Peso = 61,5 ton
Diversas peças de pequeno porte e com precisão de detalhes. Pesos
na faixa de gramas
Características dos Processos de Fundição
Versatilidade
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
11
Características dos Processos de Fundição-Versatilidade
• A literatura especializada descreve aproximadamente 38 métodos diferentes para obtenção de produtos fundidos
• Estes processos podem ser agrupados em 05 grandes grupos:
• Processos Convencionais de Moldagem: Areia verde, shell moulding, moldagem sem caixa.
• Processos Fundição em Moldagem de Precisão: Coquilha, Fundição Sob Pressão e Fundição de Precisão
• Processos Especiais de Moldagem e Fundição: Moldagem à Vácuo, Fundição Evaporativa (lost foam) e Fundição Centrífuga.
• Processos Moldagem com Areais Quimicamente Ligadas: Cura a Frio e Silicato de Sódio-CO2.
• Novos Processos de Fundição: Rheocasting, Squeeze Casting, Fusão por Eletroescórias.
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Características dos Processos de FundiçãoAltas Taxas de Produção
Produção de blocos de motores em Ferros Fundidos –fabricados na faixa do milhões
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
12
Características dos Processos de Fundição
Possibilidade de redução nas etapa de fabricação de um produto
Carcaça de compressor para uma motor de jato, anteriormente produzido por soldagem de múltiplos componentes, transformado em um componente formado por duas peças fundidas
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Fundição de um molde de grande porte (grande parte do molde está “enterrada” no chão da fábrica).
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
13
Vantagens Funcionais dos Processos de Fundição
• Possibilidade de projetar os contornos internos e externos independente de quaisquer outros requisitos.
• Possibilidade de obtenção de estruturas(propriedades) em locais específicos (controle das condições de solidificação) nos quais são necessárias determinadas propriedades específicas tais como: rigidez, resistência ao desgaste, resistência à corrosão, ou máxima resistência a tensões dinâmicas.
• Possibilidade de produzir uma peça complexa usando um único ciclo de fabricação.
• Possibilidade real de obter peças com bom acabamento superficial.
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
Classificação dos Processos de Fundição
Tiposde
Moldes
Areia
Metálico
Convencionais
Casca Cerâmica
Cerâmica/Gesso
Especiais
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran Introdução aos Processos de Fundição
14
Molde Inferior
Molde Superior
Linha de Apartação
Cavidade do Molde
Marcação do Macho
Areia
Areia
Caixa de Moldagem
Ataque
MACHO
Canal de Distribuição
DescidaMassalote Detalhes de um
Molde de Areia
Modelos para a obtenção de Moldes de Areia
Processo de Fundição em Moldes de Areia
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Processo de fundição em Moldes Metálicos por Gravidade
Fundição em Coquilhas
Coquilha de pequeno porte Acionamento Manual
Máquina Coquilhadeira
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
15
Componentes principais de uma Máquina de Fundição Sob Pressão em Câmara Fria (Esquema)
Detalhe do Processo de Fundição Sob Pressão
em Câmara Fria
Processo de Fundição Sob Pressão
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Processo de Fundição de Precisão Microfusão - Cera Perdida
• Modelos Destrutíveis em Cera
• Moldes Tipo Casca Cerâmica
Moldes tipo casca cerâmica no momento do vazamento
Modelo em cera sendo recoberto por lama cerâmica (confecção do
molde tipo casca cerâmica
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
16
Classificação dos Processos de Fundição
Forma de
Enchimento
Gravidade
Baixa Pressão
Sob Pressão
Centrifugação
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Critérios para escolha de um processo de fundição:
• Material
• Peça
• Fatores Econômicos
• Infraestrutura
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
17
Critérios para escolha de um processo de fundição:
Material Propriedades
Propriedades da Peça ⇔ Nível de qualidade desejado
Propriedades de Fundição ⇔Definem a maior ou menor facilidade de obtenção da peça
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Propriedades de Fundição: Propriedades que determinam a maior ou menor habilidade de uma liga para a obtenção de pecas fundidas. ou seja, definem a FUNDIBILIDADE de uma liga.
• Reatividade no estado líquido
• Fluidez: preferência por ligas com composição eutética ⇒ maior capacidade de preenchimento.
• Ponto de fusão : preferência por ligas com composição eutética (menores temperaturas de fusão) ⇒ economia de energia na fusão
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Propriedades associadas com a Fusão e o Preenchimento:
18
• Modelo de Solidificaçãoe formação de rechupes: preferência por ligas com composição eutética ⇒ maior facilidade na compensação das contrações volumétricas associadas com a solidificação
• Coeficiente de Contração Volumétrica: preferência por ligas com composição eutética ⇒ idem a anterior
• Tendência à Trincas de Solidificação: preferência por ligas com composição eutética ⇒ correlacionada com o modelo de solidificação.
Propriedades associadas com a Solidificação:
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
FUNDIBILIDADE de uma liga metálica
Peça
Critérios para escolha de um processo de fundição:
• Performance: propriedades finais
• Design: tamanho, formato, espessura e complexidade
• Exigências: tolerâncias dimensionais, acabamento superficial, processamento subsequente
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
19
Critérios para escolha de um processo de fundição:
Fatores Econômicos
• Projeto e custo do ferramental
• Vida útil dos ferramentais
• Geração de sucatas e retornos
• Quantidade total a ser produzida
• Custo total do processamento
Relação Custo
x Benefício
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
Critérios para escolha de um processo de fundição:
Infraestrutura
• Disponibilidade de equipamentos
• Experiência profissional
• Tempo até o início da produção
Disciplina: FundiçãoProfessor: Guilherme O. Verran
Introdução aos Processos de Fundição
20
Introdução aos Processos de Fundição