Introdução
Sorocaba, 03 de Novembro de 2003.
1. Trabalho em duplas; Descreva pesquisando na internet a seguinte questão do que foi explicado até agora, o que
entendi? Apresentar sintetizado em transparência ou power point.
2. Buscar em seu local de trabalho qual o tipo de processo que usa-se explorando na internet e em livros tal processo.
3. Buscar em seu local de trabalho melhorias que se podem fazer no processo de fundição utilizado ou que possa vir a ser
utilizado, este assunto pode vir a tornar-se um projeto a ser orientado neste e no próximo semestre.
4. Atenciosamente Júlio césar Bauly
CURSO
DE INTRODUÇÃO A TECNOLOGIA DA
FUNDIÇÃO
Contração de Volume
Durante a solidificação de um metal e o seu resfriamento até a
temperatura ambiente, 3 contrações devem ser consideradas:
Contração Líquida: =variação de volume decorrente da
contração do metal líquido, pela queda de sua temperatura até
o início da solidificação.
Contração de solidificação:=variação de volume decorrente
da mudança de estado líquido para o sólido;
Contração sólida:=variação de volume decorrente da
contração de metal sólido, desde a temperatura de fim de
solidificação até a temperatura ambiente. As modelações
consideram a contração sólida expressa linearmente.
Introdução
Estas contrações dão origem a uma heterogeneidade
conhecida por vazio ou chupagem (ver figura 9) e também
podem causar aparecimento de trincas a quente ou tensões
residuais.Inicialmente, tem-se o metal inteiramente no estado
líquido (a), a solidificação tem início na periferia, onde a
temperatura é mais baixa e caminha em direção ao centro(b),
até o fim da solidificação (c) chegando a contração da peça(d).
DefiniçãoMeios para se contrabalancear as conseqüências das
contrações
As trincas a quente podem ser eliminadas por um projeto
adequado das peças.
As tensões residuais poderão ser diminuídas por um adequado
projeto de peça e por uma técnica adequada de moldagem.
Sua completa eliminação exige os tratamentos térmicos
para alívio de tensões.
Os vazios, chupagem ou rechupes podem ser eliminados pela
utilização de massalotes,alimentador,cabeça quente ou
montantes, que tem por finalidade alimentar as retrações
que se verificam na peça de maneira que ela seja obtida
cheia, ou isenta de vazios que deverão se locallizar
exclusivamente nos massalotes ( ver figura 10).
Outro mecanismo chama-se solidificação direcionalsolidificação direcional =aplica-se forçadamente a
um sistema líquido, em início de solidificação=diversos recursos=solidificação
progrida num certo sentido=última porção a se solidificar =tempo suficiente
para alimentar completamente as retrações “líquidas” e de
“solidificação”=última porção a solidificar-se=massalote=concentrar os
“vazios”=posteriormente separado por corte da peça principal (ver figura 11).
Massalote=requisitos mais importantes:
Deve ser a última forma a se solidificar;
O volume do massalote deve ser suficiente para contrações
do metal;
Deve abranger completamente o setor da peça que requer
alimentação.
Concentração de Impurezas
Algumas ligas metálicas contém impurezas
normais,=comportam de modo diferente=conforme a liga
esteja no estado líquido ou sólido.
Quando no estado líquido=impurezas totalmente dissolvidas no
líquido=um todo homogêneo.
Ao solidificar-se, entretanto, algumas das impurezas são
menos solúveis no estado sólido: P e S ( em ligas ferro-
carbono), por exemplo. Assim sendo a medida que a liga
solidifica-se, esses elementos vão acompanhando o metal
líquido remanescente, indo acumular-se,pois, na última
parte sólida formada, a qual normalmente acontece no
centro/interior da peça.
Desprendimento de Gases.
Fenômeno que ocorre=ligas ferro-carbono; oxigênio
dissolvido no metal líquido combina com o carbono
dessas ligas=gases CO e CO2=escapam facilmente á
atmosfera=enquanto a liga estiver no estado líquido.
Á medida, entretanto, que a viscosidade da massa líquida
diminui devido a queda de temperatura= mais difícil a fuga
desses gases, os quais acabam ficando retidos nas
proximidades da superfície das peças, na forma de bolhas.
Em fundição as bolhas devem ser evitadas=adicionando-se ao
metal líquido desoxidantes( alumínio, ferro silício,cálcio,
silício, outros), os quais reagem preferencialmente com o
oxigênio dissolvido no metal líquido, formando-se óxidos
sólidos (SiO2, Al2O3, MnO) que sobrenadam para a
escória, conseqüentemente impedindo que o oxigênio
reaja com o carbono formando gases Coe CO2.
Outros gases que podem libertar-se na solidificação do aço
são o hidrogênio e o nitrogênio, que também se
encontram dissolvidos no metal líquido, e podem se tornar
prejudiciais a peça.
Além de haver a possibilidade de aprisionamento inadvertido
de gases durante a solidificação, a diferença de
solubilidade dos gases nos metais líquidos ( ou sólidos)
pode resultar grandes dificuldades.
A menos que o gás seja removido antes da solidificação, a
grande diferença de solubilidade no líquido e no sólido
pode produzir a evolução do gás ( ver figura 12).
Canais de Moldagem
Existem vários tipos=podem ser identificados na fundição em
areia, ou em outro processo qualquer, cada qual com sua
função específica (ver figura 13). O sistema de canais
deve introduzir o metal com pouca turbulência, regular a
velocidade de entrada, garantir o enchimento completo e
promover o gradiente de temperatura
1. Bacia/Funil de Vazamento: Tem por função receber o impacto do jato líquido e encaminhá-lo para o canal de descida;
2. Canal de descida: é o conduto intermediário entre a bacia de vazamento e a bacia de impacto;
3. Bacia de Impacto: Tem por função receber o impacto do metal originário do canal de descida, impedindo uma erosão prematura do molde;
4. Canal de Distribuição: Sua finalidade é promover a distribuição do metal desde o canal de descida, até os canais de ataque;
5. Canal de espuma/Auxiliar: Neste canal pode ocorrer a retenção das impurezas mais leves contidas no metal ( areia,escória,óxidos superficiais);
6. Canal de ataque/Entrada: Sua função é encaminhar o metal líquido para a cavidade principal do molde onde se encontra o negativo da peça. Pode haver um único canal de ataque ou vários( normalmente apresentam área reduzida para reter a escória);
7. Canal de Subida/Ventilação: a principal função é dar escape aos gases da cavidade do molde, a medida que ela vai sendo preenchida pelo metal líquido;
Resfriadores
São formas metálicas, colocadas nos moldes para acelerar a velocidade de resfriamento da peça, impedindo assim que ocorra rechupes em determinadas secções da peça. ( ver Figura 14)
Luvas Exotérmicas
São peças normalmente cilíndricas colocadas no revestimento
dos massalotes nos moldes com a finalidade de manter
líquido durante quase todo o período de solidificação da
peça. Assim o “massalote residual” tem o topo praticamente
plano, pois o metal líquido vai preenchendo os vazios
referentes a contração do metal.
Etapas e atividades do processo de Fundição
O processo de fundição pode ser dividido entre as seguintes
etapas:
1. Com base no projeto do produto são calculados as
porcentagens de retração da peça fundida;
2. Desenvolvimento dos cálculos; de canais, montantes,
utilização de resfriadores e de cálculo de tempo de
solidificação;
3. Traçagem do desenho em escala natural;
Etapas e atividades do processo de Fundição
• Escolha do processo de fundição, e consequentemente do
tipo de modelo e do material para confeccioná-lo, em função
do número de peças a serem produzidas;
• Especificação do tipo e características da mistura de areia a
ser utilizada na moldação;
• Modelagem da peça e produção do molde e machos ( se
necessário);
• Vazamento do molde com o material fundido;
Etapas e atividades do processo de Fundição
8. Desmoldagem, após a solidificação retira a peça fundida do molde, que
posteriormente é levada ao vibrador ( SHAKE OUT) para eliminar as
areias grudadas na superfície da peça;
9. Corte de canais e montantes, rebarbação e acabamento, desbaste
com : jateamento ( areia ou esferas), esmerilhamentos etc;
10. Aplicação de tratamento térmico, soldagem e tratamento térmico
posterior, quando necessário;
11. Controle de qualidade visual, dimensional, ensaios destrutivos ( tração,
dureza,impacto, dobramento), ou não destrutivos ( líquido penetrante,
ultra som, raio x, partículas magnéticas), quando aplicado;
12. Embalagem e expedição.
Projetos de Fundição
Os projetistas trabalham =orientados pela teoria, modificada
pela experiência prática.
Observações que podem ser aplicadas:
Tipo de modelo adequado ao formato da peça e à
quantidade pedida;
Dimensionamento da placa-modelo, quando for o caso;
Escolha dos materiais a serem utilizados na construção
do modelo;
Indicações de materiais auxiliares necessários à
construção do modelo;
Projetos de Fundição
Observações que podem ser aplicadas:
Divisões do modelo;
Escolha dos machos a utilizar e suas respectivas
marcações;
Detalhes de partes soltas do modelo;
Considerações sobre a estrutura do modelo, das caixas
de machos e do molde;
Contrações a considerar, de acordo com o metal em que
será fundida a peça e as diversas seções da mesma;
Projetos de Fundição
Observações que podem ser aplicadas:
Tolerâncias dimensionais a serem respeitadas;
Solicitação de deformações, visando melhor alimentação
ou eliminação de defeitos prováveis;
Determinação de sobre-metais de usinagem;
Nervuras e reforços à estrutura do modelo e/ou da peça;
Determinação do ângulo de saída;
Espessura mínima de paredes compatíveis com o
material;
Projetos de Fundição
Observações que podem ser aplicadas:
Localização da alimentação;
Dimensionamento de canais e montantes;
Uso e cálculo de coquilhas e resfriadores internos e externos;
Cálculo de materiais exotérmicos, auxiliares e alimentação;
Eliminação de pontos quentes, cantos vivos internos, saliências exageradas, etc;
Localização de respiros;
Cálculo do rendimento da peça ( relação de peso líquido ao peso bruto).
Projetos de Fundição
Não foi considerado nesta lista os itens mais a fins à
engenharia de produto que ao projetista tais como:
especificação do material, características físicas e químicas,
temperatura de vazamento, tipo de areia a utilizar na
moldação, etc.Apesar de que estas indicações em algumas
fundições fazem parte do projeto de fundição e chegam a
serem detalhadas no próprio desenho (projeto).
Modelos de Fundição
Um modelo é uma peça de formato semelhante a peça que se
deseja obter ao redor da qual é compactado o material da
moldação, dando a forma à cavidade do molde que
receberá o metal fundido.
Modelos de Fundição
O modelo=desenho da peça fundida, acrescentando-se:
O material necessário para compensar a contração do metal
líquido durante a solidificação;
O sobremetal necessário nas superfícies que serão
usinadas, posteriormente na peça;
Uma tolerância nas paredes verticais, chamada ângulo de
saída, para facilitar a retirada do modelo do molde de areia;
Em alguns casos, o modelo apresentará saliências,
chamadas marcações de machos, para suportar os machos
usados para produzir formas, tais como cavidades internas,
que não podem ser obtidas diretamente do modelo;
Modelos de Fundição
O modelo=desenho da peça fundida, acrescentando-se:
Nervuras, como reforços estruturais, quando for necessário;
Às vezes é incorporado ao modelo o sistema de alimentação ( canais e
montantes).
Os machos de areia são feitos em caixas de machos ( modelos negativos),
com considerações similares às dos modelos.
Propriedades
Resistência adequada ao processo escolhido;
Custo reduzido para a qualidade exigida;
Exatidão, no sentido de atender as exigências do desenho e de projeto;
Apresentar os requerimentos necessários para facilitar a moldação;
Permitir reduzir ao mínimo as operações de acabamento da peça
fundida;
Escolha do Tipo de Modelos de Fundição
Entre as razões a considerar, devemos lembrar as seguintes:
A quantidade de peças a produzir;
A fidelidade ( tolerância dimensional ) de reprodução exigida;
O tamanho e formato da peça a ser fundida;
O equipamento de moldação disponível;
Após verificar as propriedades e considerações requeridas pelos modelos, escolheremos o tipo de material mais apropriado para sua fabricação:
Madeira: é o mais utilizado, apresenta boa durabilidade, deve ser isento de umidade para se evitar o empenamento ( cedro,imbuia,peroba,pinho,mogno,etc);
Escolha do Tipo de Modelos de Fundição
Metálico: não empenam, possuem resistência ao desgaste, utilizado para moldação de grande número de peças;
Isopor: utilizado uma única vez;
Gesso: quebradiço;
Plástico: pouco utilizado;
Cera:recuperável;
Classificação dos Modelos
Modelo solto mono-bloco: tipo mais simples,mais fácil de moldar=superfície plana =serve para fazer linha divisória do molde ( figura 15);
Modelo solto bipartido: as duas partes podem ser ou não iguais, superfície que os separa=linha divisória do molde; alinhamento obtido por meio e duas ou mais cavilhas ( figura 16);
Classificação dos Modelos
Modelo solto mono-bloco:figura 15
Modelo solto bipartido: figura 16
Classificação dos Modelos
Modelo solto múltiplo: Seu uso restrito a peças de desenho mais complicado. A multiplicidade de peças soltas formando o modelo pode ser provocada pela necessidade de dividir o corpo em diferentes setores( figura 17);
Modelo com suplementos:Modelo solto utilizado =peça com saliência lateral, que impossibilita sua extração;=colocação de um suplemento solto, fixado por um pino removível-figura 18
Classificação dos Modelos
Chapelona: Consiste num gabarito feito com uma plancha de madeira=utilizada em grandes peças redondas sem exigências de tolerâncias dimensionais( figura 19);
Classificação dos Modelos
Placa Modelo: O modelo emplacado consiste na colocação de um modelo, numa placa, visando uma maior produtividade=máquina de moldar ou uma maior precisão da moldação( figura 20)=3 tipos
Monobloco: modelo colocado em uma das suas faces;
Bipartido: é colocado uma metade de cada lado da placa;
Bipartidos: também é colocado cada metade, só que em placas diferentes;
Divisão dos Modelos
As linhas divisórias do modelo devem ser feitas no mesmo nível, sempre que possível-ver figura 21b-, pois linha divisória em mais de um nível faz com que a peça torne-se mais difícil de fundir –ver figura 21a-
Machos de Fundição
Macho=de areia=confecciona cavidades nas peças fundidas=orifícios; função contrária ao do molde=uma seção cheia onde o metal não penetra=uma vez fundida a peça =vazio naquele ponto.
Assim o modelo deve prever partes salientes que permitam a colocação dos machos no molde.
Propriedades dos machos de fundição
Permeabilidade: deixar escapar vapores e gases pelo metal líquido em contato com o molde;
Refratariedade: Suportar altas temperaturas do metal líquido;
Resistência a verde:capacidade do macho em receber forma.
Resistência a seco: Não mudar de medida quando em contato com o metal;
Colapsibilidade: diminuir de tamanho a medida que a peça for se solidificando e contraindo;
Friabilidade: capacidade de despedaçar facilmente;
Gerar o mínimo de gases possível.
Contração do Metal na Solidificação
Modelos confeccionados em dimensões maiores que a peça.
Ligas Fundidas Dimensão do modelo ( cm) Contração aproximada mm/cm
Ferro Fundido Cinzento Até 60 0,1
De 63,5 a 120 0,08
Acima de 120 0,07
Aço Fundido Até 60 0,2 De 63,5 a 183 0,15
Acima de 183 0,13
Ferro Maleável - 0,01 a 0,10 dependendo da espessura da secção
Alumínio Até 120 0,13
De 124 a 183 0,12 Acima de 183 0,10
Magnésio Até 48 0,28 Acima de 48 0,13
Latão - 0,15
Bronze - 0,1 a 0,2
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