Projeto de Fundição

PROJETO PARA FUNDIO

Ramn S. C. Paredes LABATS/DEMEC/UFPR

Modelo de cera em formato de

ma

FUNDIO

A ARTE DE PRODUZIR PRODUTOS A PARTIR DO

VAZAMENTO DE METAL LQUIDO EM UM MOLDE COM A

FORMA DA PEA QUE SE DESEJA OBTER.

A FORMA DE QUALQUER PEA DEFINIDA

- Aplicao

- Pelo seu processo de obteno

O PROJETO DE UM FERRAMENTAL OU PEA DEVE SER

ADAPTADO PARA A FUNDIO.

Seleo do processo de fundio

Metal a ser fundido;

Qualidade requerida da superfcie do fundido;

Tolerncia dimensional requerida para o fundido;

Quantidade de peas a produzir;

Tipo de modelo e equipamento de macharianecessrio;

Custo de fabricao do(s) molde(s);

Como o processo de fundio vai afetar o projetoda pea.

OBS: Todos os processos possuem tecnologia prpria.

Algumas Particularidades em comum

- Necessidade de moldes;

- Necessrios ngulos de sada e arredondamentos;

- As peas normalmente devem possuir paredes uniformes;

- Acrscimos de contrao do metal.

Para que a elaborao de um projeto de fundio seja

satisfatria, visa-se principalmente:

custo x qualidade x prazo.

- Retirada de areia dos machos das peas;

- Locais que dificultem sada de gases dos machos;

- Anlise das dimenses, formas, tipos e localizao das

marcaes dos machos;

- Locais onde sofrero usinagem;

- Necessidade ou no de machos ou partes soltas;

-Qualidade necessria de machos.

Devemos optar por atender os interesses do cliente e

da fundio.

O desenhista dever ter a preocupao de adaptar a

forma da pea ao processo de fabricao.

Como ser produzida a pea

- Processo e tipo de moldagem e de Macharia;

-Tipo de Forno;

- Forma de vazamento;

- Liga;

- Sistema de Acabamento e rebarbao;

-Controles Necessrios.

Consegue-se melhor resultado quando h uma

cooperao entre cliente e fornecedor.

Todos os processos citados necessitam de

adaptao dos detalhes tcnicos

*Plano de Diviso;

*ngulo de Sada;

*Raios de Arredondamento;

*Acrscimo de Usinagem;

*Acrscimo de Contrao;

*Outros especficos

( Marcao de macho, emplacamento, sistema de

enchimento e Alimentao, Dispositivos)

Adaptao de uma Pea Fundio

Detalhes Tcnicos

- Plano de Diviso

Quando projeta-se ou confecciona-se um ferramental de fundio com

certo grau de complexidade, torna-se necessrio diviso em partes.

O plano de diviso deve ser o mais adequado em funo da importncia

e das especificaes da pea.

Devemos considerar alguns detalhes tais

como:

- Facilitar a extrao do molde;

- A quantidade de partes menor possvel;

- Favorecer a estabilidade do macho,

facilitar a sada de gases e sua colocao;

Um plano de diviso, em alguns casos, pode ser feito das mais

diversas maneiras, porm, para sua execuo o projetista deve ter

sempre em mente:

Praticidade, Funcionalidade e Economia.

A complexidade da pea requer estudos especficos para

definio do plano de diviso, sempre se referenciando nas

necessidades do cliente x processo escolhido.

Um plano de diviso inadequado poder causar gastos

desnecessrios.

- ngulo de Sada

Inclinao colocada nas paredes perpendiculares ao plano de diviso a

fim de facilitar a extrao do modelo.

No fazendo uma perfeita adaptao da forma deste modelo, haver

quebra de bolos de areia durante a extrao.

Todos os ngulos devem ser orientados

em funo do plano de diviso;

- Quanto mais alta for a parede do modelo,

menor dever ser o ngulo de sada;

- Necessrio conhecer bem o processo de

fabricao;

Existem valores tabelados, orientativos

para peas com maiores exigncias nas

especificaes,

Detalhes a serem observados:

Em paredes internas que corresponde a bolo de areia no molde, as

inclinaes devem ter ngulos ligeiramente maiores, do que os

previstos para paredes externas;

Deve-se saber definir se o ngulo ir aumentar, diminuir ou

aumentar e diminuir a espessura da parede.

Raios de Arredondamento:

Os raios que arredondam as arestas de um ferramental,

so importantes para evitar:

- Quebra de bolo durante a extrao do modelo;

- Ressecamento e eroso da areia durante o

preenchimento do metal na cavidade do molde;

- Superaquecimento e sinterizao da areia que forma

cantos internos, podendo resultar na pea um rechupe

devido a concentrao de calor num determinado lugar;

Raios de Arredondamento:

- Formao de trincas (tenses) devido aos cantos internos

vivos;

- Cantos externos do modelo devem ser levemente

arredondados, para atenuar aparecimento de rebarbas,

bastante comuns durante pequenas batidas ao manipular o

mesmo;

- Evitas cantos duros e quebradios devido ao super

resfriamento prejudicando a usinagem.

Cantos arredondados x Solidificao

RI

RE

S

I

Normalmente estes arredondamentos so proporcionais ao

tamanho da pea;

Geralmente usa-se os seguintes valores:

-Raios externos como sendo entre 1 a 3 mm,

- Raios internos utilizam-se 1/3 da mdia das medidas das

espessuras que formam o ngulo.

SI20

30

R= A + b x 1 R

2 3

20 + 30 x 1 = 25 x 1 = 8, 3

2 3 3

R = 8

a

b

FUROS

Em peas fundidas , os furos podem ser obtidos pelos mtodos abaixo :

fundidos fundidos com acrscimo para posterior usinagem usinados com broca

aconselhvel obter-se um furo por fundio com ou sem acrscimo

nas seguintes condies :

quando a preciso dimensional exigida para a pea , o permitir;

quando se procura evitar ou diminuir a operao de usinagem; quando impossvel fazer uma posterior usinagem pea; quando se procura evitar concentrao de massa.

FUROS

No aconselhvel obter um furo por fundio nas seguintes

condies:

quando operaes de usinagem de outras parte da pea, ficamprejudicadas;

quando existem furos com distncias muito precisas entre si (difcilobter por fundio );

quando a rebarbao de um furo obtido por fundio, for maisonerosa do que sua usinagem;

quando o dimetro do furo, for inferior a 10 mm e sua profundidademaior que esta medida.

Acrscimo de Contrao

Contrao uma diminuio de volume que as peas fundidas sofrem

ao solidificar-se, ou seja, no momento do vazamento, o metal ocupa

toda a cavidade deixada pelo modelo, e este ao sofrer o resfriamento

contrai-se diminuindo o volume final da pea fundida.

No processo de fundio, esta contrao se realiza em trs estgios

distintos:

-Contrao do metal no estado lquido:

Essa contrao ocorre, a partir do momento do vazamento,

at o momento em que comea a formao dos primeiros

cristais, que seria o incio da solidificao.

-Contrao da solidificao:

Ocorre desde o aparecimento dos primeiros cristais slidos

at a solidificao da ltima gota de metal lquido.

-Contrao no estado slido:

Ocorre a partir do fim da solidificao at a temperatura

ambiente.

Reala-se que os dois primeiros estgios de contrao

podem ser totalmente compensado com um bom sistema de

massalote, no entanto, para o ltimo estgio no ocorre o

mesmo, pois nesse estgio todo o metal no interior do

molde j est totalmente slido.

Neste caso cabe ao projetista ou modelador acrescentar em

todas as medidas do modelo ou caixa de macho, um

percentual correspondente a contrao do metal em que a

pea ser fundida.

Relao dos Materiais Contrao Mdia %

Ferro Fundido Cinzento 1,0

Ferro Fundido Nodular no RecozidO 1,2

Ferro Fundido Nodular Recozido 0.5

Ao Fundido 2,0

Ao Mangans 2,3

Ferro Fundido Malevel Branco 1,6

Ferro Fundido Malevel Preto 0,5

Ligas Fundidas de Alumnio 1,2

Ligas Fundidas de Magnsio 1,2

Cobre Eletroltico Fundido 1,9

Bronze Cu Sn 1,5

Bronze Cu Sn Zn 1,3

Ligas de Cu Zn 1,2

Lato com Mn Fe Al 2,0

Ligas de Zn 1,3

Metal Branco Sn ou Pb 0,5

Ligas de Cu Al Ni Fe Mn 2,0

Acabamento Superficial

Ao confeccionar um modelo ou caixa de macho, seja qual

material, o modelador dever ter sempre em mente o bom

acabamento superficial.

No podemos esquecer que o acabamento superficial do

modelo ou caixa de macho tambm um fator de vital

importncia.

O bom acabamento superficial desses, tambm facilita a

extrao do modelo ou macho, o que em muitos casos evita a

quebra do molde ou do macho, implicando na reduo de

refugos.

Marcao de Macho

Quando uma pea possui cavidades, aberturas ou furos

impossveis de se obter atravs de bolo com areia de

moldagem, torna-se ento necessrio o uso de machos.

Sendo assim, na confeco do modelo tem que haver a

preocupao, tambm em fazer a marcao de macho,

que nada mais do que uma salincia ou ressalto no

modelo, que tem por finalidade proporcionar no molde

uma cavidade para assentamento do mesmo.

As medidas da marcao de macho deve ser maior

que a medida do macho, para haver uma folga,

facilitando a colocao do macho, e evitando ou

atenuando o atrito do macho com as paredes do

molde, o que poderia provocar queda de areia e por

conseqncia desvio na posio do macho ou

incluses de areia na pea.

PROCESSOS DE

MOLDAGEM E MACHARIA

Processo de confeco de moldes utilizando mistura

preparada com areia de retorno, areia base, argila e os

aditivos necessrios, devidamente balanceados para atender

s aplicaes especficas.

Areia de Slica;

Bentonita;

P de Carvo;

Amido, Dextrina, outros.

PROCESSO AREIA VERDE

COMPONENTES DA MISTURA DO PROCESSO AREIA VERDE

Areia base

Componente refratrio: A areia de slica a mais utilizada

devido sua maior disponibilidade e menor custo (para casos

especficos usada zirconita, cromita, olivina e chamote).

Caractersticas da Areia de slica:

-mdulo de finura (ideal): 50-70 m

-teor de finos (ideal): mx. 1,0 %

-argila AFS: mx. 0,5 %

-ponto de fuso: min. 1400C

-umidade: mx. 0,5 % para areia seca

-temperatura: mx. 50C

Argila

um material lamelar, composto essencialmente de silicato

de alumnio hidratado, utilizado como aglomerante da

mistura. O principal argilo mineral a bentonita.

Caractersticas Gerais da Bentonita para Fundio- Boa moldabilidade

- Boa desmoldabilidade

- Elevada durabilidade

- Baixa tendncia a defeitos de fundio

Tipos usuais em fundio

bentonita sdica natural

bentonita sdica ativada

bentonita clcica

Aditivos

Geradores de Carbono Vtreo

So produtos carbonceos, adicionados areia verde com a

finalidade principal de gerar carbono vtreo (800C) durante

o vazamento do metal, que, pr sua vez, evita

principalmente a sinterizao de areia e melhora o

acabamento superficial das peas, sendo que o p de

carvo mineral (tipo Cardiff) o mais utilizado nas

fundies brasileiras.

Produtos Amilceos

Classificao

Basicamente dividem-se em 2 tipos:

Amido de milho pr-gelatinizado (mais utilizado): um aditivo

orgnico, utilizando com a finalidade principal de fornecer

plasticidade mistura e de manter sua umidade;

Dextrina (pouco utilizada): um produto obtido pela converso

termoqumica do amido de milho, utilizando com a finalidade

principal de fornecer maior resistncia mecnica a alta temperatura

em moldes estufados e/ou secados superficialmente.

MisturasTipos

Areia de sistema: a mistura bsica obtida a partir da areia de

retorno, com suas propriedades devidamente corrigidas,

utilizada para confeccionar o molde, sendo tambm chamada

de areia de enchimento.

Areia de faceamento: a mistura com propriedades

especficas, utilizada na resoluo de determinados problemas,

devendo ser empregada to somente quando a areia de sistema

no oferece as propriedades necessrias para o obteno de um

determinado fundido.

Grau de Preparao

a eficincia de preparao da mistura, que afetada

principalmente plos seguintes fatores:

a)Tempo de mistura

A eficincia de mistura pode ser medida com o ensaio da

compactabilidade.

Deve-se tomar cuidado de se assegurar que o teor de

umidade seja constante e a faixa de compactabilidade da

mistura seja entre 35 a 55%.

b) Ordem de adio dos componentes da mistura para a

areia de Faceamento

1-areia de retorno e/ou areia base

2-cerca de 50% da gua supostamente necessria

( 1 a 3 min)

3-argila e outros aditivos ( 3 a 5 min)

4-restante da gua ( 1 a 3 min)

Carga do misturador

Alguns fundidores no sabem o quanto de volume de areia

deve ser colocado dentro do misturador, alguns carregam o

mesmo at a borda, outros at metade da ms e muitos no

acham isto importante.

Uma observao rpida, constata-se que em misturadores

com a carga corretamente dosada, verifica-se que a mesma

dificilmente ultrapassa da altura total das ms.

importante lembrar que cargas muito pequenas tambm

no sero misturadas com eficincia

Tipo e estado de manuteno do misturador

Aspectos a serem considerados:

-rotao do conjunto(nmero de voltas/minuto).

-quantidade de ms e sua articulao, giro, altura em

relao ao fundo do misturador.

-estado das ps e a posio das mesmas.

Balano de massa (composio)

a adequao da composio da mistura ao processo de

moldagem, configurao da pea e liga metlica a ser

vazada, principalmente.

Finos inertes

Sos os produtos pulverulentos existentes na areia, que

perderam seu poder ativo (bentonita, p de carvo) e que

devem ser retirados do sistema preferencialmente via

exausto ou ento, de forma alternativa, via adio

substancial de areia base com o conseqente descarte forado

de areia de retorno.

a)Compactabilidade:

-moldagem manual e mecanizada de baixa presso: 50-55 %

-moldagem pr impacto e compresso, de mdia presso: 45-50 %

-alta produtividade (alta e mdia presso): 40-45 %

b)Resistncia compresso a verde (RCV):

Deve ser suficientemente elevada para que o molde possa resistir

presso de seu fechamento, sua movimentao e ao impacto e

presso iniciais do metal vazado.

c)Plasticidade:

Deve ser suficientemente elevada para evitar quebra de bolos e de

cantos do molde, eroso e a conseqente incluso de areia.

d)Permeabilidade a verde (PV):

Deve estar situada em nveis tais que no se venha a ter defeitos tais

como pinhes, bolhas de gs e penetrao pr exploso,

principalmente.

e)Resistncia trao a mido (RTU):

Deve ser suficientemente elevada para evitar escamas de

expanso, principalmente.

PROCESSO LIGADOS

QUIMICAMENTE

1 CURA A FRIO

um processo de obteno de machos e

moldes, utilizando uma mistura constituda de areia base,

resina (s) e catalisador, que cura a temperatura ambiente.

Variveis de utilizao

Tempo de cura.

Tempo para extrao do modelo ou macho.

Tempo para vazamento.

Vantagens

Vrios tipos de areia base podem ser usadas.

Baixo investimento em equipamentos

Facilidade de confeco dos moldes e machos.

Boa estabilidade dimensional do molde e machos.

Bom acabamento superficial.

Versatilidade para machos e moldes pequenos e grandes.

Boa colapsibilidade.

Facilidade na estocagem e manuseio.

Necessita de poucos controles de laboratrio.

Facilidade de limpeza da pea.

PROCESSO CURA A FRIO

Desvantagens

Gera resduo txico para o meio ambiente.

Vida de bancada limitada.

Tempo de cura para o vazamento longo.

Maior custo da areia preparada.

PROCESSO CURA A FRIO

2 PROCESSO SHELL

um processo de cura a quente para a fabricao

de moldes e machos em casca. Utiliza areias misturadas ou

revestidas com resina, conversor, lubrificante e aditivo, que em

contato com o ferramental aquecido, promove a polimerizao da

resina, proporcionando a aglomerao da areia.

a)Tempo e presso de sopro.

b)Temperatura do ferramental (180 a 300 C)

Variveis de utilizao

c)Tempo de investimento.

d)Tempo de balano

e)Tempo de cura.

Vantagens

Excelente acabamento superficial

Excelente estabilidade dimensional

Pouco sobremetal para usinagem

Os machos e moldes podem ser estocados por longos perodos

Menor custo de rebarbao

Baixa relao areia/metal

Reproduz peas com sees finas e geometria complexa

Alta permeabilidade dos moldes e machos

Elevada vida de banca da mistura

Facilidade de limpeza das peas

Facilidade de aquisio de areia preparada no mercado

Facilidade de manuseio e transporte dos machos/moldes

O vazamento pode ser logo aps a confeco

Fluidez da mistura elevada

PROCESSO SHELL

Desvantagens

Alto custo do ferramental

Limitao quanto ao tamanho das peas

Custo no descarte

PROCESSO SHELL

PROCESSO CO2/SILICATO DE SDIO

O processo consiste na mistura de areia base,

silicato de sdio e aditivos que serve para a confeco de moldes

e machos. Aps a preparao da mistura a mesma colocada no

interior da caixa de macho ou molde e procede-se a passagem de

gs CO2 que vai curar (endurecer) a mistura. O macho ou molde

pode ser extrado e usado imediatamente na fundio.

Composio base

Areia base 55 a 85AFS

Silicato de sdio C112......2,2 a 5,0% ( 3,5)

Vantagens

Baixo custo da matria-prima

No produz odores desagradveis

Boa preciso dimensional

Boa produtividade

Cura a temperatura ambiente

A areia no precisa ser rigorosamente controlada

Pode ser usado em alta e baixa produo

Desvantagens

Colapsibilidade

Desmoldabilidade

Estocagem

Resistncia

PROCESSO CO2/SILICATO DE SDIO

PROCESSO CAIXA FRIA

um processo de moldagem e macharia que

endurecido na temperatura ambiente atravs da gasagem de um

catalisador gaseificado seguido de uma lavagem com ar seco.

Este processo est em crescimento, substituindo o

processo shell.

Vantagens

Boa colapsibilidade

Ferramental pode ser de vrios materiais

Boa preciso dimensional

Pelo processo ser a frio permite maior facilidade de

manuseio e manuteno do ferramental

Boa produtividade

Possibilidade de utilizao imediata do macho em funo de

j ter alta resistncia na extrao

Bom acabamento superficial

Menor consumo de energia

Boa escoabilidade da mistura

PROCESSO CAIXA FRIA

Desvantagens

Ambiente de trabalho necessita da exausto

Alto custo de aglomerantes e do catalisador

Alto custo do equipamento

Menor vida de banca

Necessita maiores controles de temperatura e

umidade no sistema

PROCESSO CAIXA FRIA

DEFEITOS DE

FUNDIO

DEFEITOS DE MOLDAGEM

Incluso de areia

Causas:

- eroso (lavagem)

- exploso (fervura)

- escamas

- rabo-de-rato

- quebra de cantos do molde.

- fechamento inadequado do molde.

- transporte inadequado do molde.

- limpeza inadequada do molde.

Solues:

Em boa parte dos casos consegue-se solucionar ou

atenuar o defeito mediante:

- um aumento do grau de preparao da mistura

- um aumento do grau de compactao do molde nos

pontos crticos

- a utilizao de areia base mais fina (rugosidade).

- alterando o sistema de enchimento.

.

Quebra de partes do molde

Causas:

Normalmente a principal causa deste tipo de defeito a baixa

plasticidade de areia, aliada, eventualmente, a uma baixa resistncia

mecnica do molde, bem como a uma desregulagem do sistema de

extrao de moldes da mquina.

Solues:

- aumento do grau de preparao da mistura, adequao do

teor de bentonita, aditivo (amido de milho) e gua da mistura

- socamento adequado do molde da mquina

- melhora do sistema de extrao de moldes da mquina

- cuidados na colocao de machos e chapelins nos moldes

Contaminao e/ou penetrao metlica

Causas:

- falta de fluidez da mistura

- grau de compactao deficiente.

Solues:

- aumentar o grau de preparao da mistura

- aumentar o grau de compactao do molde.

Superfcie spera

Causas:

- uso de areia base muito grossa

- elevada temperatura da areia preparada. Muita gua.

- uso excessivo de bentonita e de amido de milho.

Solues:

Inverso das causas

Eroso

Causas:

. falta de plasticidade da areia

. resistncia mecnica insuficiente do molde

. uso de areia base muito grossa

. elevada temperatura da areia

Solues:

Areia fria e um sistema de alimentao tal que permita um

enchimento suave da cavidade do molde, melhorar o grau de

preparao da mistura.

Sinterizao de areia

Causas:

Embora este defeito tambm

possa ser provocado pr uma forte

penetrao metlica nos vazios

intergranulares, do molde, na maioria

das vezes ocorre pr meio de reaes

metal-molde.

Solues:

- melhora do grau de preparao da mistura

- aumento da adio de geradores de carbono vtreo mistura.

Escamas

Causas:

- baixa resistncia trao a mido da mistura.

- excesso de tenses de compresso do molde.

Solues:


- uso de bentonita com estabilidade trmica e resistncia trao com midade

mais elevada.

- aumento do teor de argila ativa (se j no estiver muito elevado)

- uso de gua industrial com o menor teor de sais possvel

- reduo do grau de compactao do molde.

Rabo-de-rato

Causa:

expanso da slica

Solues:

Geralmente, tambm neste caso so vlidas

as mesmas sugestes recomendadas para combater

escamas.

Veiamento

Causa:

elevadas tenses do molde, diferindo apenas em termos de aspecto,

ou seja, o veiamento saliente e o rabo-de-rato reentrante na pea.

Solues:

- falta de Raio de Arredondamento interno ou insuficiente;

- aumento da adio de geradores de carbono vtreo.

Inchamento da pea

Causas:

Baixa resistncia do molde, aliada a uma excessiva formao de

zona de condensao de umidade no molde durante o vazamento do metal.

Solues:


- melhora da composio da mistura

- aumento do grau de compactao do molde.

Pseudo-Rechupe

Causa:

Normalmente ocorre em funo do inchamento da pea.

Solues:

Tambm neste caso so vlidas as mesmas solues

recomendadas para evitar o inchamento.

Bolhas de Gs

Causas:

- excessiva umidade e/ou baixa permeabilidade da mistura

- elevada temperatura da areia

- grau de compactao do molde inadequado

- composio da mistura inadequada

- sistema de alimentao mal projetado

Solues:

- um aumento do grau de preparao da mistura

- otimizao da composio da mistura

- maior eliminao de finos inertes do sistema

- utilizao de areia de retorno o mais fria possvel.

.- reavaliar o sistema de canais

Pinholes de hidrognio

Causas:

Embora tambm possa ser proveniente de problemas existentes com a

carga metlica, na maioria das vezes sua origem reside na areia, sendo proveniente

principalmente de elevada temperatura da areia.

Solues:


- otimizao da composio da mistura

- utilizao de areia de retorno o mais fria possvel.

Penetrao por exploso

Causas:

- excesso de umidade na mistura,

tornando-se ainda mais crtico quando

h um excesso de geradores de

carbono vtreo na mesma

- grau de compactao e/ou mdulo de

finura da areia inadequadas (em alguns

casos o defeito ocorre quando os

valores desses fatores esto muito

elevados e, em outros casos, quando

se verifica o contrrio) sistema de

alimentao inadequado.

Solues:

- melhorar o grau de preparao da

mistura

- otimizar a composio da mistura.

PINHOLES DE NITROGNIO

Identificao:

Geralmente esto prximos de machos com

resina contendo nitrognio.

No exame microscpico revela um aspecto

mais alongado e irregular que os pinholing de

hidrognio e as cavidades so revestidas

parcialmente por um filme de grafita

Causas:

Carga metlica contaminada;

Resina ;

Areia recuperada;

Inoculante;

Pintura com tinta a base da gua.

Engenharia de Modelagem

para recuperao facial via

fundio e asperso trmica

Bibliografia

1. Gloria de Almeida Soares, FUNDIO: Mercado, Processos e Metalurgia, UFRJ,

Abril de 2000.

2. VICENTE CHIAVERINI Tecnologia Mecnica, Vol. II Processos de Fabricao e Tratamento.

3. ASM American Society for Metals, Metals Handbook 8th edition, vol. 5, Forging and Casting, Metals Parking, Ohio, 1970.

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