APOSTILA 2000-FUNDI ç âO

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7 - Outros Processos de Fundição

7.1 - Fundição em Areia Seca

Como já mencionado, moldes de areia verde contêm até 7 por cento de água, dependendo do tipo e porcentagem do material de liga. Então, este tipo de molde só pode ser usado para moldes pequenos com paredes finas, uma vez que peças grandes com paredes espessas aquecem o molde e provocam a vaporização da água presente no molde. Isso iria provocar bolhas nas peças. Por esta razão, moldes para peças grandes devem ser secos. A operação para secar é feita em fornos a uma temperatura que varia de 150º para 350ºC, de 8 até 48 horas, dependendo do tipo e quantia de aglomerante usado.

7.2 - Fundição em Moldes de Cimento

Uma mistura de areia contendo de 8 a 12 por cento de cimento e 4 a 6 por cento de água é usada. Ao fazer o molde, a mistura deve endurecer primeiro antes que o modelo seja retirado. O molde obtido fica curando por aproximadamente 3 a 5 dias. Peças grandes com formas complicadas, dimensões precisas, e superfícies lisas normalmente são produzidas neste modo. A única desvantagem é que o processo requer longo tempo para o processo de moldagem.

7.3 - Fundição CO2

A areia é misturada com um aglomerante que envolve uma solução de silicato de sódio atingindo 6 por cento. Depois que o molde for batido é soprado gás carbônico pela mistura de areia. Como resultado, o gel de sílica mantém a areia aglomerada e nenhum secante é necessário. Considerando que os moldes endurecem enquanto o modelo está montado, boa precisão dimensional

7.4 - Fundição em Moldes Especiais

  • Moldagem em Pasta

Moldes de gesso são apropriados para fundir prata, ouro, magnésio, cobre, e ligas de alumínio. O material para moldagem é uma mistura de areia fina, amianto e gesso como aglomerante. Água é adicionada a mistura até que uma pasta cremosa é obtida. O processo de secagem deverá ser bem lento para evitar trincas no molde.

  • Moldagem em Argila

O molde de argila é usado para peças muito grandes. A forma básica do molde desejado é construída com tijolos e argamassa (como se fosse uma casa de tijolo). Uma mistura de argila é então usada como material de moldagem para obter o acabamento final do molde. Gabaritos e chapelonas são empregados no processo de moldagem. A mistura de argila usada na moldagem consiste em 50 por cento de argila e o resto sendo principalmente de areia lavada. Os moldes de argila devem ser secos antes do metal ser vazado.

  • Moldagem em Cerâmicos

O material para moldar é uma pasta composta de grãos refratários, aglomerante cerâmico, água, álcool, e um agente para ajustar o valor do pH. A pasta é vazada ao redor do modelo permanente (reutilizável) que é deixada endurecer antes do modelo ser retirado. Em seguida, deixa-se secar o molde durante algum tempo e depois é aquecido para ganhar resistência. De fato, normalmente os moldes cerâmicos são pré-aquecidos antes de se vazar o metal fundido. Por isso, eles são adequados para fundir ligas de alto ponto de fusão. O excelente acabamento superficial e as tolerâncias bem apertadas das peças obtidas são uma das vantagens deste processo. Este fato conduz a eliminação das operações de usinagem que normalmente são executadas em peças fundidas. Os moldes cerâmicos são certamente vantajosos para metais preciosos ou para os metais de difícil usinagem, assim como também para moldar peças muito complexas.

  • Moldagem em Grafita

A grafita é usado nos moldes feitos para receber ligas de alto ponto de fusão, como o titânio, que deve ser vazado em moldes inertes. O processo de fundição deve ser executado em no vácuo para eliminar qualquer possibilidade de contaminar o metal. Moldes de grafite ou podem ser feitos através de usinagem de um bloco de grafita para criar a cavidade desejada ou compactando um agregado de base de grafite ao redor do modelo e então sintetizando o molde obtido a uma temperatura de 1000º a 1120ºC em uma atmosfera redutora .Os moldes de grafita tem aplicações industriais difundidas na fundição centrífuga do bronze e do cobre.

7.5 - Fundição em Casca e "cura a frio"

O uso das 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 (e dois modos: a quente ou a frio.

Um dos processos, que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de "shell molding", que em português quer dizer moldagem de casca.

Ele é realizado da seguinte maneira:

1. 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.

2.A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250°C).

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

4. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após algum tempo (±15 segundos), forma uma casca ("se") com a espessura necessária (entre l0 e 15 mm) sobre o modelo.

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

6. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraida 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 comece 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 desse processo é o custo mais elevado em relação à moldagem em areia verde.

Mas existe outra maneira de se obter o endurecimento, ou cura, da resina sem a utilização de 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 à 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:

1. Os modelos, que podem ser feitos de madeira, são fixados em caixas.

2. A mistura areia/resina/catalisador é feita e continuamente despejada e socada dentro da caixa, de modo a garantir sua compactação.

3. A reação de cura inicia-se imediatamente após a moldagem e se completa algumas horas depois.

4. O modelo é retirado girando-se a caixa 180°.

5. 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.

6. O molde é aquecido com maçarico ou é levado para uma estufa para a secagem da tinta.

Com esse processo, os fundidores obtêm moldes mais rígidos para serem usados para a 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.

7.6 - Fundição de Precisão

Como você já sabe, produzir peças por fundição é basicamente fazer um modelo, fazer um molde a partir desse modelo, e vazar (despejar) metal líquido dentro do molde

O que diferencia um processo do outro é tanto o modo como o metal líquido é vazado (pode ser por gravidade ou pressão) quanto o tipo de moldagem utilizado (em moldes de areia ou em moldes metálicos).

Por outro lado, a escolha do processo é determinada principalmente pelo tipo de produto final que você quer obter. Assim, se você quiser produzir um produto fundido com determinado 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 cobre-berílio, 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, turbinas a gás, máquinas operatrizes, equipamentos médicos, odontológicos, ópticos etc.

Em qual aspecto a fundição de precisão se diferencia dos outros processos de fundição? Exatamente na confecção dos modelos e dos moldes. Enquanto nos processos por fundição em areia que estudamos na aula anterior 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.

Em primeiro lugar, devemos saber que os modelos para a confecção dos moldes são produzidos em cera a partir de uma matriz metálica formada por uma cavidade com o formato e dimensões da peça desejada. A cera, que não se assemelha àquela que usamos no assoalho da nossa casa, 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. Esta lama endurece em contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endurece em volta do 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 molde é inutilizado. Por causa das características desse 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:

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

2. Os modelos de cera endurecida são montados no canal de alimentação ou vazamento.

3. O conjunto é mergulhado na lama refratária.

4. O material do molde endurece e os modelos são derretidos e escoam.

5. O molde aquecido é preenchido com metal líquido por gravidade, centrifugação ou a vácuo.

6. Depois que a peça se solidifica, o material do molde é quebrado para que as peças sejam retiradas.

7. As peças são rebarbadas e limpas.

Em muitos casos, as peças obtidas por esse processo chegam a dispensar a usinagem devido à qualidade do acabamento de superfície obtido. Mesmo quando a usinagem faz-se necessária, demanda acabamento mínimo e isso reduz os custos de produção.

Não se esqueça de que, apesar das desvantagens, o que comanda a escolha é, em última análise, o produto que se quer produzir. E, no caso da fundição de precisão, seu emprego é indicado para aplicações bem específicas que compensam os altos custos da produção.

7.7 - Molde Permanente ou Coquilha

Manuais ou mecanizados, de precisão, não importa qual o processo de fundição que tenhamos estudado até agora, todos tinham em comum duas coisas: o fato de que o material básico para a confecção dos moldes era, na maioria dos casos, areia e que após a produção da peça o molde era destruído.

Acontece que, ao lado de todas as vantagens que a areia apresenta na confecção de moldes, existem sempre os problemas comuns à sua utilização para a fundição: quebras ou deformações dos moldes, inclusões de grãos de areia na peça fundida, problemas com os materiais aglomerantes e com as misturas de areia, e assim por diante. .

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 por 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 assim.

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.

Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de máquinas, blocos de cilindros de compressores, cabeçotes, bielas, pistões e cabeçotes de cilindros de motores de automóveis, coletores de admissão.

Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento de superfície, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas.

Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e produção em grandes quantidades, os moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as ligas metálicas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da peça após o processo de fundição.

Para fundir peças em moldes metálicos permanentes, pode-se vazar o metal por gravidade. Nesse caso, o molde consiste em duas ou mais partes unidas por meio de grampos para receber o metal líquido. Isso pode ser feito manualmente.

A montagem dos moldes também pode ser feita por meio de dispositivos mecânicos movidos por conjuntos hidráulicos, que comandam o ciclo de abertura e fechamento dos moldes.

Tanto os moldes quanto os machos são cobertos com uma pasta adesiva rala feita de material refratário cuja função, além de proteger os moldes, é impedir que as peças grudem neles, facilitando a desmoldagem.

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