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ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA

Fundao Municipal de Ensino de PiracicabaAv. Monsenhor Martinho Salgot, n 560 Bairro Areio

CEP: 13414-040 Piracicaba SP

Fone: (019) 3421-4982

Processo de MoldaoEm Areia Verde6 Semestre de engenharia mecnica noturnoProcessos Produtivos II2s 2006ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA

Fundao Municipal de Ensino de PiracicabaAv. Monsenhor Martinho Salgot, n 560 Bairro Areio

CEP: 13414-040 Piracicaba SP

Fone: (019) 3421-4982

Processo de Moldao em Areia VerdeDenilson D. CardosoR.A.: N004178

Renato AlbertiR.A.: N004192

Ivan Csar PavoR.A.: N004210

Aline del VecchioR.A.: N004213

Andr Moura R.A.: N004200

Bruno BoninR.A.: N003173

Alton Carlos FerreiraR.A.: M804749

Fernando Becaris Ruola R.A.: N003196

Prof. Erivelto Marino

Piracicaba

2006NDICE

Pg.

1. TTULO3

2. OBJETIVO3

3. INTRODUO3

3.1. Tecnologia de Fundio em Areia Verde3

3.2. Obteno do Molde6

3.3. Materiais e suas Aplicaes7

3.4. Fuso93.5. Terminologia do Fundido103.6. Moldao113.7. Vazamento11

3.8. Solidificao123.9. Estrutura de Gros123.10. Contraces13

3.11. Limpeza e Rebarbagem143.12. Defeitos de Fundio144. MATERIAIS165. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL166. QUESTES177. CONCLUSO188. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS18

1. TITULO

Processo de Moldao em Areia Verde.2. OBJETIVO

Mostrar ao aluno como feito o processo de moldagem destacando as caractersticas do processo de fundio;

Os alunos devero verificar os cuidados a serem tomados para se obter uma pea com bom acabamento e sem defeitos;

A utilizao de canais de vazamento, alimentadores e canais auxiliares, ser mostrada a partir da moldagem de uma pea qualquer;

A questo da segurana ser discutida com os alunos, principalmente em relao aos problemas que podem ocorrer ao se manusear o metal no estado lquido, os cuidados com o forno e com a retirada do metal.

3. INTRODUO3.1 - Tecnologia de fundio em areia verde

O processo de moldao em areia verde responsvel por mais de 60 % da produo mundial de fundidos [3].

Uma moldao em areia normalmente constituda por 2 meias moldaes, embora para peas de geometria complexa, possa ser necessrio utilizar mais do que um plano de apartao. Exceptuando estes casos, bem como a fundio de peas de grandes dimenses ou pequenas quantidades de peas para as quais utilizada a moldao manual, o processo normalmente mecanizado.

Cada meia moldao obtida atravs da compactao de areia de moldao em redor de um molde/placa molde, no interior de uma caixa metlica. Os processos utilizados para compactao do molde so sacudidela e aperto (jolt squeeze), impacto ou Disamatic.

Aps esta operao efectua-se a separao/extraco do molde/placa molde (desmoldao), obtendo-se uma cavidade na areia destinada a receber o metal lquido.

Se o fundido tiver seces ocas, cilndricas ou de outras formas variadas necessrio a utilizao de machos. Estes so elaborados em areia mais endurecida (esta areia endurecida por aquecimento ou quimicamente).

Aps colocao dos machos (se necessrio), juntam-se e apertam-se entre si as 2 meias moldaes, atravs dum conjunto de pernos de guiamento, ficando a moldao pronta para o vazamento [4].

A galga sem dvida, o elemento principal de uma instalao para preparao de areia do tipo sinttica (verde) com base em argilas, onde so usadas bentonites sdica e clcica, aditivos como o p de carvo, dextrina, p de madeira, entre outros. Dentro da galga estes materiais so misturados com areia, que compe a base da mistura e gua que actua quimicamente no processo de hidratao da argila (bentonite) [5].A economia dos argilides (bentonite+gua), a estabilidade das propriedades mecnicas e o aumento da qualidade dos moldes so apenas alguns dos muitos benefcios obtidos com o aumento da eficincia desta mistura.

A areia preparada atravs da descarga de areia nova e areia usada, e a quantidade de gua calculada por um controlador de compactabilidade de modo que a areia caia no mquina de moldar com a humidade final pretendida. A quantidade de gua certa para o teor de bentonite pode ser verificada no momento em que efectuada a mistura, podendo esta ser corrigida.

Relativamente aos aditivos, estes so colocados num outro silo e injectados no recipiente de mistura, que funciona continuamente.

A injeco de argilides na areia proporciona uma homogeneizao instantnea, devendo-se isto ao envolvimento dos gros da areia nova, integrao da bentonite atravs da mistura e ao amassamento da areia a alta velocidade.

Quando o tempo de mistura estiver esgotado, a porta na parede do misturador aberta e a areia preparada descarregada atravs de uma fora centrfuga.

Assim a preparao da areia pode variar entre 14 a 128 toneladas/hora e o peso total pode variar entre 4200 a 23200 Kg [6].

A areia de fundio uma mistura de slica (refractrio), argila (ligante) e gua (aditivo). Esta composio elaborada de forma a que possa ser utilizada inmeras vezes.

Existem trs tipos de areia verde:

areia de moldao fina: tamanho de gro (120-180) mesh e alta percentagem de argila (12 a 15%);

areia de moldao mdia: tamanho de gro (80-100) mesh e alta percentagem de argila (8 a 14%);

areia de moldao grosseira: tamanho de gro (60-100) mesh e baixa percentagem de argila (4 a 6%), sendo este tipo de areia mais utilizada para o ao e para o ferro, devido necessidade destes metais permanecerem por um longo perodo de tempo na moldao [7].

Constituintes da Areia de moldao:

Areia-base: Slica com granulometria de 70 a 100 AFS (American Foundrymen Society);

Argila (Bentonite) 5 a 7%;

Aditivos

gua 2 a 3,5%

P de carvo mineral;

Dextrina;

P de madeira;

xido de Ferro [8].

3.2 - Obteno do molde

A cavidade do molde, tendo a forma e tamanho desejado, tem de ser produzida tendo em conta as contraces e dilataes, devido solidificao do metal. O molde tem de ser capaz de produzir os detalhes desejados e possuir propriedades refractrias para que no seja afectado significativamente pelo metal fundido [2].

3.3 - Materiais e suas aplicaes

Qualquer metal pode ser fundido, embora existam alguns que so mais utilizados.

Os ferros fundidos podem substituir os aos, sendo bastante mais econmicos. As vantagens relativamente ao design e produo do ferro fundido incluem:

- baixo custo de produo;

- Boa maquinabilidade sem formao de rebarbas;

- Assume facilmente formas complexas;

- Excelente resistncia ao desgaste e elevada dureza (particularmente nos ferros fundidos brancos);

Vantagens: o material mais barato para fundio, especialmente para produo de pequenas sries. Tem boa maquinabilidade, velocidade de remoo de material, embora apresente um mau acabamento superficial quando a matriz ferrtica e vice-versa quando a matriz perltica. A grafite evita a formao da apara, actuando como lubrificante.

Limitaes: um material frgil e, por isso, apresenta uma baixa resistncia ao impacto. A grafite actua como uma lacuna, reduzindo a resistncia. A tenso mxima recomendada corresponde a da sua resistncia e o limite de fadiga corresponde a 1/3. As variaes de seco provoca variaes das caractersticas de maquinagem (de acordo com mudanas microestruturais). Quanto maior for a resistncia dos ferros, mais dispendiosa ser a sua produo [9].

O ao pode ser utilizado para fundio ou para formar lingotes, os quais laminados, formaro barras ou placas.Os fundidos de ao inoxidvel apresentam uma boa resistncia corroso e boas propriedades mecnicas. A fundio em ligas de ao utilizada em refinarias de leo, unidades petroqumicas, locomotivas a diesel, componentes para indstrias cimenteiras, indstria de construo, rodas dentadas, indstria de aucares, suporte de mans nos motores de traco, indstria electrnica, componentes para centrais elctricas, mesas de rectificao.

O lato e suas ligas contm uma base de cobre com uma percentagem de zinco. As ligas de lato possuem uma excelente aptido fundio e maquinagem, podendo ser utilizadas em vlvulas, bombas, instalaes de tubagens, rodas dentadas, componentes de mquinas, peas decorativas e produtos mecnicos de elevados esforos.

O bronze e suas ligas para alm de cobre e zinco contm outros elementos. As ligas de bronze possuem uma excelente resistncia corroso e ductilidade razovel. So normalmente utilizadas para instalaes de vlvulas e impulsores.

O alumnio e suas ligas so utilizados para calhas, cadeiras de parques, pratos para tartes, sinais de trnsito, peas de chassis de camies e componentes de msseis. As ligas de alumnio tm excelentes caractersticas para fundio e maquinagem, tm tambm elevada pureza base, o que implica uma elevada fora e ductilidade [10]. 3.4 - Fuso

O processo de fuso tem de ser capaz de providenciar material fundido no s temperatura apropriada, mas tambm quantidade desejada, com qualidade aceitvel e custo razovel.

A diferena entre o alumnio e o lato a seleco da sucata a fundir. Se o alumnio tiver uma espessura inferior a 12,7 mm, dever ser fundido em lingotes.

A liga mais comum para a tecnologia de fundio em areia verde a Al-Si (alumnio silcio). Se carregarmos um cadinho com um pequena poro de sucata, o exterior do cadinho aquecer primeiro e liquidificar o metal no exterior mas no o interior.

Relativamente ao lato e ao bronze quando atinge uma temperatura de (982C comea a libertar fumo. Este fumo so os baixos elementos a fundir (chumbo, zinco, etc.), logo quanto maior for a quantidade de material a fundir, mais elementos sero fundidos, reduzindo a eficcia da liga.

Ao vazar o metal o cadinho deve estar o mais perto possvel da bacia de vazamento, visto que esta est localizada dentro do molde.

A temperatura do metal fundido determinada pela espessura do fundido. Para fundidos de alumnio muito espessos o metal dever estar a (677C e para espessuras finas a 760C. O lato dever ser vazado a aproximadamente (982C para fundidos espessos e 1065C para fundidos finos.

Quanto ao ferro fundido o ponto de fuso (1093C. Este um dos materiais mais utilizados na tecnologia de fundio em areia verde.

O chumbo outro material susceptvel de ser utilizado nesta tecnologia. O seu ponto de fuso (316C [2].

3.5 - Terminologia do fundido

A figura 10 apresenta o tpico molde de areia. O processo inicia-se com a construo de um modelo padro com uma aproximao do fundido final. A areia ento compactada em torno do modelo que posteriormente removido para produzir a cavidade do molde.

Seguidamente o metal vazado para a cavidade e solidifica para produzir o fundido desejado.

O alimentador um vazio extra criado no molde para que possa ser enchido com metal fundido, fornecendo assim um reservatrio para que o metal possa fluir para a cavidade do molde e compensar qualquer contraco que ocorra durante a solidificao. Qualquer rechupe existente da contraco dever situar-se no (s) alimentador (es) e no no fundido final.

O sistema de alimentao um conjunto de canais utilizados para conduzir o metal fundido at cavidade do molde. A bacia de vazamento uma parte do sistema de alimentao que recebe inicialmente o metal fundido da colher de vazamento. Seguidamente atravs do gito de descida e dos canais o metal distribudo pelo molde.

A linha de apartao a interface que separa a moldao superior da inferior do molde, a caixa de moldao, o modelo e o macho durante o processo de produo. A inclinao o ngulo que dado ao modelo para permitir a desmoldao. O molde utilizado para produzir machos conhecido como caixa de machos [2].

3.6 - Moldao

As caixas de moldao so de armao metlica ou de outro material resistente usado para conter, sustentar e manter a areia utilizada na realizao de um molde.

As caixas, durante o processo, so submetidas a grandes esforos logo, para satisfazer estas exigncias devem ser reunidas vrias qualidades:

Resistncia: para suportar impactos durante todo o ciclo (batidas e compactao);

Peso: devem ter o peso ideal para facilitar o manuseamento e economizar energia [8].

A moldao pode ser obtida por vrios processos, que diferem entre si, principalmente, na forma como feita a compactao da areia de moldao em redor da placa molde.Os mtodos de compactao da areia /execuo da moldao mais utilizados so o processo sacudidela e aperto (Jolt-squeeze), o processo Disamatic e a moldao por impacto.3.7 - Vazamento

O factor mais importante que afecta a fluidez do metal fundido a temperatura de vazamento ou a quantidade de sobreaquecimento, embora, a temperatura e o intervalo de arrefecimento sejam tambm factores importantes que afectam a fluidez. Quanto mais alta for a temperatura de vazamento, mais elevada a fluidez. Contudo, a uma temperatura excessivamente alta, as reaces do metal so aceleradas e a penetrao em pequenos vazios possvel, entre as partculas da areia no molde, que deixar partculas embutidas na pea de fundio, traduzindo-se num defeito mecnico.

A tcnica de vazamento tem de ser projectada para introduzir o metal fundido no molde. Tm de ser tomadas precaues para a libertao do ar e dos gases no molde antes do vazamento e aqueles que so gerados pela seco do metal quente que entra no molde. O metal fundido pode ento encher completamente a cavidade, produzindo um fundido de qualidade, visto que denso e no tem defeitos [2].3.8 - Solidificao

O processo de solidificao deve ser desenhado e controlado convenientemente. Devem ser tomadas precaues para que o molde no apresente muitas restries s contraces que acompanham o arrefecimento do metal slido. Seno, o fundido ir fracturar quando estiver a solidificar e a sua resistncia ser baixa.

Em adio, o desenho do fundido tem de ser tal que a solidificao e as contraces de solidificao podem ocorrer sem produzir porosidade interna ou rechupes.

Depois do metal fundido ser vazado para o molde, uma srie de eventos toma lugar durante a solidificao do fundido e o seu arrefecimento at temperatura ambiente. Estes eventos influenciam muito o tamanho, forma e uniformidade dos gros formados durante a solidificao que influenciam as suas propriedades gerais. Os factores significantes que afectam estes eventos so o tipo de metal, as propriedades trmicas do metal e do molde, as relaes geomtricas entre o volume e a rea de superfcie do fundido e a forma do molde. Como exemplo considera-se um metal puro que tem um ponto de fuso e solidificao bem definidos. O alumnio puro solidifica aproximadamente a 600C, o ferro a 1537C e o tungstnio a 3410C.

Quando a solidificao acaba o arrefecimento comea. O metal solidificado, que agora se d pelo nome de fundido, retirado do molde e arrefecido at temperatura ambiente [2].

3.9 - Estrutura de gro

Nas paredes do molde, o metal arrefece rapidamente devido a estas estarem temperatura ambiente. O arrefecimento rpido produz um pele slida, e gros equiaxiais. Os gros crescem na direco oposta onde se d a transferncia de calor do molde para o exterior. Estes gros que tm orientao favorvel crescem preferencialmente e so denominados gros colunares. medida que a transferncia de calor diminui nas paredes do molde, os gros comeam a ficar equiaxiais e grosseiros.

O desenvolvimento dos gros conhecido como nucleao homognea, que significa que os gros (cristais) crescem em cima de outros, comeando pelas paredes do molde [2].

3.10 - Contraces

Devido suas caractersticas de expanso trmica, os metais contraem durante a solidificao e arrefecimento. As contraces causam modificaes dimensionais e por vezes ruptura, como resultado de:

Contraco do molde de metal que arrefece antes da solidificao;

Contraco do metal durante a mudana da fase lquida para slida;

Contraco do metal solidificado (fundido) quando a temperatura baixa para a temperatura ambiente.

A maior contraco ocorre durante o arrefecimento do fundido.

3.11 - Limpeza, rebarbagem

Depois do fundido ser removido do molde, vrias operaes de limpeza, acabamento e inspeco podem ser necessrias de serem realizadas. O material externo que est encostado onde o metal entrou na cavidade, excessos na linha de apartao e material do molde que est nas faces do fundido tem de ser todo removido.Devido aos moldes serem em resina e metlicos necessrio fazer um acabamento das peas em mquinas de controlo numrico (CNCs) [2].

3.12 - Defeitos de fundio

Os vrios defeitos podem ocorrer no processo de produo, dependendo dos factores tais como os materiais, desenho das peas, e tcnicas de processamento. Enquanto alguns defeitos afectam s a aparncia das peas, outros podem afectar muito a integridade estrutural das peas finais. Vrios defeitos podem-se desenvolver em fundio (figuras 16 ou 17):

Podemos denominar os defeitos da seguinte maneira:

Projeces metlicas;

Salpicos;

Incluses;

Cavidades, consistindo em cavidades internas ou externas redondas e rugosas, incluindo furos e cavidades contradas.

Descontinuidades, tais como fendas, rupturas a frio ou a quente, devido aos rpidos arrefecimentos. Se a solidificao do metal no contrai livremente podem ocorrer fendas ou rupturas. Embora muitos factores esto envolvidos na ruptura, o tamanho de gro grosseiro e a presena de segregaes de baixa fuso ao longo das fronteiras de gro (intergranular) aumentam a tendncia de ruptura a quente. Os vazamento incompletos resultam do metal fundido estar muito baixa temperatura ou de um mau vazamento.

Faces defeituosas, tais como pregas, dobras, abas, rugosidade, areia aderente, e oxidao.Vantagens

Esta tecnologia pode ser utilizada para metais ferrosos e no ferrosos;

Baixo custo do modelo;

No existem grandes limitaes relativamente ao tamanho, forma e peso do fundido;

Adapta-se a pequenas e grandes sries [11].

No h perda de material (visto ser possvel utilizar sucata e retornos provenientes do corte dos sistemas de gitagem e alimentao);

Desvantagens

Baixa preciso dimensional;

Tolerncias dimensionais ( 1.5875 mm [11]

4. MATERIAIS

Caixa de Moldagem Ferramentas de Moldagem Modelo de uma pea retangular Modelo para Canais de Vazamento e Auxiliares.

5. PROCEDIMENTO EXPERIMENTALEscolher uma modelo qualquer para a fabricao do molde e assim fazer a moldagem.Depois de escolhido o molde coloca-se este na caixa de moldagem, com isso coloca-se ele o mais paralelo possvel da lateral da caixa de moldagem.

Aps peneira-se a terra preta na caixa de modelagem at cobrir totalmente o molde, durante este processo deve pressionada a terra para que este esteja bem compactada.

Depois do molde todo coberto deve ser colocado terra at cobrir toda a caixa de moldagem, onde tambm deve ser socada para continuar bem compactada na caixa de moldagem. Com isso vire-se a caixa de moldagem para que visualize o molde, passando um pouco de giz e colocando um pouco (somente uma camada pequena) de areia fina, para que assim no grupe as duas partes da caixa de moldagem.

Feito isto se monta a outra metade da caixa de moldagem e repete o processo de peneira terra preta at cobrir o molde, e completar at cobrir toda caixa de moldagem, sem esquecer de sempre deixar a terra o mais compactado possvel.

Quando estiver completando a segunda parte da caixa de moldagem, este j dever ter dois modelos para canais, sendo um para canal alimentador e o outro para massalote.

Depois de concludo retira-se a segunda parte da caixa de moldagem, retira o molde da primeira metade da caixa de moldagem, com uma ferramenta de moldagem, faz-se uma pequena quebra do canto no canal de entrada e o canal de interligao entre o canal de entrada e o lugar do molde.

Aps o modelo esta pronto para receber a modelagem da nova pea.

6. QUESTES6.1 - Utiliza-se o massalote ou montante como um reservatrio de metal lquido que ir contra balancear a contrao durante a solidificao. utilizado normalmente para preencher os espaos vazios da pea deixando assim a mesma sem falhas.

6.2 Ela uma mistura de areia que tem a finalidade de granulometria, dureza, forma dos gros e refrataridade, argila coma finalidade de aglomerante, carvo moda com a melhora do acabamento das peas, a dextrina como aglomerante orgnico e breu como a finalidade de aumentar a resistncia. 6.3 A Tabela de apresentao segue abaixo:Anlise dos Processos de Fundio

ProcessoMetalAcab. Superf.Preciso Dim.

AreiaAo8um0,003xA

Fofo8um0,003xA

Al4um

CascaAo6um0,01xA

Fofo6um0,025x

Al3,5um

GessoAl1um0,005x

Cera PerdidaAo1um0,005x

Al1um

Molde PermanenteFofo2um0,01xA

Al2um0,025x

Sob PressoAl1um0,0015x

Zn1um

6.4 Canal alimentador: Como o nome j diz por onde adicionado o metal para fundio. Molde: a caixa de modelagem da pea. Modelo: A pea que ser fundida tem um padro que introduzida na caixa de modelagem sendo retirada aps o processo deixando o espao vazio para a fundio da pea. Macho: utilizado nos moldes para peas mais complexas que precisem ter espaos ocos ou detalhamento, sendo nesses espaos colocado o macho.6.5 Os agloramerantes mais utilizados na mistura de modelagem so: argila, carvo modo, dextrina, breu e outros mais.7. CONCLUSO

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICASSite:

[1] http://www.isq.pt/modulform/modulos/c8a.html[2] http://www.staffs.ac.uk/sands/engs/des/aids/process/welcome.htm[3] http://www.electroncorp.com/library/processes.html[4] http://paginas.fe.up.pt/fundicao/tecnologia.htm

Relatrio 4 da Aula Prtica de processo de moldao em areia verde em Disciplina de Processos Produtivos II do 6 semestre do Curso de Engenharia Mecnica Noturno da Escola de Engenharia de Piracicaba ministrado pelo Prof. Erivelto Marino.

Fig. 1 Circuito de fundio em areia verde [5].

Fig. 2 Galga [5].

Fig. 3 Silo de preparao de areia [6].

Fig. 4 Vista de cima de uma galga [5].

Fig. 7 Obteno do molde.

Fig. 6 Desenho 2D do molde.

Fig. 5 Projectista de moldes.

Fig. 10 Molde de areia.

Fig. 9 Matria prima

na forma de lingote.

Fig. 8 Passagem do metal fundido

do forno para o cadinho.

Fig. 11 Caixas de moldao.

Fig. 12 Lavagem das caixas de moldao.

Fig. 16 Vazamento na linha de moldao.

Fig. 18 Estrutura do gro de um metal puro de fundio.

Fig. 20 Defeitos de fundio.

Fig. 19 Defeitos de fundio.

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