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CAPÍTULO 1

1. Fundição 1.1. Conceito.

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.

1.2. Vantagens 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 acabamentos (mais liso ou mais áspero) e tolerância dimensional (entre 0,2mm e 6mm) em função do processo de fundição usado. Por causa disso, há uma grande economia em operações de usinagem; e)A peça fundida possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

1.3. Etapas da Fabricação de Peças Metálicas por Fundição

!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;

!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;

!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;

!Fusão.Etapa em que acontece a fusão do metal;

!Vazamento. É o enchimento do molde com o metal líquido;

!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;

!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 do a mbiente;

!Limpeza.A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de incrustações de areia usada na confecção do molde. Geralmente ela é feita por meio de jatos abrasivos.

1.4. Alguns Defeitos dos Produtos Fundidos

! 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 mal feito;

! Porosidade que se origina 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.

Agora que você já possui noções de como é feito o projeto de um modelo, você irá conhecer um pouco mais sobre algumas particularidades dos processos de fundição.

10. Processos de Fundição 10.1. Fundição em Moldes de Areia Verde

A preparação do molde, neste caso, consiste em compactar mecânica ou manualmente uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar.

A areia usada neste processo de fundição tem este nome “Areia Verde” somente porque a mistura com a qual o molde é feito mantém sua umidade original, quer dizer, não passa por um processo de secagem. A matéria-prima é composta basicamente por um agregado granular refratário chamado de areia-base que pode ser sílica, cromita ou zirconita, mais argila (como aglomerante) e água. Após a utilização, praticamente toda areia (98%) pode ser reutilizada.

10.1.1. Etapas do Processo de Preparação do Molde

I. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar a aderência da areia, é então colocado no fundo da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de marteletes pneumáticos;

I. Essa caixa, chamada de caixa-fundo, é virada de modo que o molde fique para cima;

I. Outra caixa de moldar, chamada caixa-tampa, é então posta sobre a primeira caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia;

IV. O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas;

V. Abre-se o copo de vazamento na caixa tampa; VI. Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa fundo e retira-se o modelo;

VII. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.

Depois disso, o metal é vazado e após a solidificação e o resfriamento, a peça é desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém-se assim, a peça fundida, que depois é limpa e rebarbada.

Para que um produto fundido tenha a qualidade que se espera dele, os moldes devem apresentar as seguintes características essenciais:

a)Resistência suficiente para suportar a pressão do metal líquido; b)Resistência à ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante o vazamento; c)Mínima geração de gás durante o processo de vazamento e solidificação, a fim de impedir a contaminação do metal e o rompimento do molde; d)Permeabilidade suficiente para que os gases gerados possam sair durante o vazamento do metal; e)Refratariedade que permita suportar as altas temperaturas de fusão dos metais e que facilite a desmoldagem da peça; f) Possibilidade de contração da peça, que acontece durante a solidificação.

10.2. Fundição Usando o Método “Shell Molding”

O uso de resinas foi um grande aperfeiçoamento na utilização de areia para a produção de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que é como uma espécie de cola, tem a função de manter juntos os grãos de areia. E isso é feito de dois modos: a quente e a fria.

O processo “Shell Molding” (Moldagem de Casca) é realizado da seguinte maneira:

I. Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao desgaste, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores;

I. A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho

I. A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura;

IV. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após algum tempo ( 15 segundos), forma uma casca (“Shell”) com a espessura necessária (entre 10 e 15mm) sobre o modelo;

V. A “cura” da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450 C;

VI. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos extratores.

Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma metade do molde. Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades.

Esse processo de moldagem permite que os moldes e machos sejam estocados para uso posterior.

Além disso, ele fornece um bom acabamento para a superfície da peça, alta estabilidade dimensional para o molde, possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais estreitas, facilidade de liberação de gases durante a solidificação. É totalmente mecanizado e automatizado e é adequado para peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das peças é feita por gravidade.

A maior desvantagem deste processo é o custo mais elevado em relação à moldagem em areia verde.

Outra maneira de se obter o endurecimento ou “cura” da resina sem a utilização do calor, é o processo de “cura” a frio no qual a resina empregada se encontra em estado líquido. Para que a reação química seja desencadeada adiciona-se um catalisador a mistura de resina com areia limpa e seca. Essa mistura é feita, por meio de equipamentos, na hora da moldagem e deve ser empregada imediatamente porque a reação química de cura começa a se desenvolver assim que a mistura está pronta. O processo é o seguinte:

a) Os modelos, que podem ser feitos de madeira, são fixados em caixas; b) A mistura areia/resina/catalisador é feita e continuamente despejada e socada dentro da caixa, de modo garantir sua compactação; c) A reação de “cura” inicia-se imediatamente após a moldagem e se completa algumas horas depois; d) O modelo é retirado girando-se a caixa 180 ; e) O molde é então pintado com tintas especiais para fundição. Estas têm duas funções: aumentar a resistência do molde às tensões geradas pela ação do metal líquido, e dar um melhor acabamento para a superfície da peça fundida; f) O molde é aquecido com maçarico ou é levado para um estufa para secagem da tinta.

Com esse processo, os fundidores obtêm moldes mais rígidos para serem usados na produção de peças grandes e de formatos complicados com bom acabamento de superfície. O vazamento do metal é feito por gravidade.

A “cura” a frio é um processo de moldagem mais caro quando comparado aos outros processos que usam areia. Além disso, os catalisadores são compostos de substâncias ácidas e corrosivas, que exigem muito cuidado na manipulação porque são muito tóxicas.

10.3. Fundição de Precisão

Quando se quer produzir um produto fundido com peso máximo de 5 kg, formato complexo, melhor acabamento de superfície e tolerâncias mais estreitas em suas medidas, ou seja, um produto com características aliadas à qualidade do produto usinado, será necessário usar o processo de fundição de precisão.

Por esse processo, pode-se fundir ligas de alumínio, de níquel, de magnésio, de cobre, de cobreberílio, de bronze-silício, latão ao silício, ligas resistentes ao calor, além do aço e do aço inoxidável para a produção de peças estruturais para a indústria aeronáutica, para motores de avião, equipamentos aeroespaciais, de processamento de dados, turbina a gás, máquinas operatrizes, equipamentos médicos, odontológicos, ópticos, etc.

A fundição de precisão se diferencia dos outros processos exatamente na confecção dos modelos e dos moldes. Enquanto nos processos por fundição em areia, o modelo é reaproveitado e o molde é destruído após a produção da peça, na fundição de precisão tanto o modelo quanto o molde são destruídos após a produção da peça.

Neste caso, os modelos para a confecção dos moldes são produzidos em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com formato e dimensões da peça desejada.

A cera é um material que derrete com o calor. E é no estado líquido que ela é injetada dentro da matriz para formar os modelos.

O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita com sílica ou zirconita, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante feito com água, silicato de sódio e/ou silicato de etila. Essa lama endurece em contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endurece em voltado modelo forma-se um molde rígido. Após o endurecimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o modelo derretido, e destruído.

Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que o metal líquido é vazado. Assim que a peça se solidifica, o modelo é inutilizado. Por causa das características deste processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em cera perdida. Resumindo, a fundição por moldagem em cera perdida apresenta as seguintes etapas:

I. A cera fundida é injetada na matriz para a produção do modelo e dos canais de vazamento;

I. Os modelos de cera endurecidos são montados no canal de alimentação ou vazamento;

I. O conjunto é mergulhado na lama refratária; IV. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam;

V. O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a vácuo; VI. Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças sejam retiradas;

VI. As peças são rebarbadas e limpas;

As principais vantagens do método de fundição de precisão são:

! Possibilidade de produção em massa de peças de formatos complicados, difíceis ou impossíveis de se produzir por processos convencionais de fundição ou mesmo por usinagem;

! Possibilidade de reprodução de detalhes precisos de construção, cantos vivos, paredes finas, etc;

! Possibilidade de obtenção de maior precisão dimensional e superfícies com melhor acabamento;

! Devido ao bom acabamento e precisão dimensional das peças produzidas por esse processo, não há necessidade de preocupação com a utilização de ligas de fácil usinagem;

! Possibilidade de utilização de praticamente qualquer metal ou liga;

! Possibilidade de controle rigoroso da estrutura do material fundido de modo a garantir o controle preciso das propriedades mecânicas da peça produzida.

As principais desvantagens do método de fundição de precisão são:

! As dimensões e o peso das peças são limitados (cerca de 5 kg), devido ao custo elevado e à capacidade dos equipamentos disponíveis;

! O custo se eleva à medida que o tamanho da peça aumenta;

! Para peças maiores (entre 5 e 25 kg), o investimento inicial é muito elevado.

10.4. Moldes Permanentes

Dependendo do trabalho que se quer realizar, da quantidade de peças a serem fundidas e, principalmente, do tipo de liga metálica que será fundida, o fabricante tem que fundir suas peças em outro tipo de molde: os moldes permanentes, que dispensam o uso da areia e das misturas para sua confecção. Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Por esses processos realiza-se a fundição por gravidade ou pressão.

Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100 mil peças. Um número tão impressionante deveria possibilitar a extensão de seu uso a todos os processos de fundição. Só que não é bem assi m.

A utilização dos moldes metálicos está restrita aos metais com temperatura de fusão mais baixas do que o ferro e o aço. Esses metais são representados pelas ligas com chumbo, zinco, alumínio, magnésio, certos bronzes e, excepcionalmente, o ferro fundido. O motivo dessa restrição é que as altas temperaturas necessárias à fusão do aço, por exemplo, danificariam os moldes de metal.

Os moldes permanentes são feitos de aço ou ferro fundido ligado, resistente ao calor e às repetidas mudanças de temperatura. Moldes feitos de bronze podem ser usados para fundir estanho, chumbo e zinco.

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