fundicao cera
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Cronologia
4000 AC - Processo de Fundição por Cera
Perdida (modelos perdidos) surge na China,
Índia, Egipto, Nigéria e América do Sul.
2800 AC - Processos de obtenção de Ferro a partir
dos seus minérios, por redução com carvão vegetal,
na Mesopotâmia.
1000 AC - Início da idade do Ferro - obtenção de
ferro forjado.
250 a 100 AC - No período Romano a metalurgia do
Ferro sofre um grande desenvolvimento a nível de
utilizações importantes (machados, feramentas,
charruas, canalizações e armamento).
1300 a 1400 - Desenvolvimento de fornos de
fusão industrial. Tecnologia de obtenção de Ferro
Fundido no forno de Cubilote.
1710 - Início da Revolução Industrial - o coque
substitui o carvão industrial no Alto Forno. Início
de utilização do Alto Forno na Europa.
1855 - Implantam-se os processos Bessemer,
Thomas e Siemens-Martin. Para elaboração do aço
a partir da gusa.
1890 - F.Osmond estuda o comportamento do fero
a altas temperaturas e define os pontos críticos do
Diagrama de Ferro Carbono.
1944 - O alemão Johannes Croning desenvolve e
elabora a patente do processo de fundição Shell-
Molding.
Desde 1960 - Desenvolvimento da fabricação por
controlo das transformações para obtenção, em
especial, de peças fundidas em aço de alta
resistência
Fundição - Definição
Processo de enformaçãoenformação no estadoestado líquidolíquido, a quente, seguido de solidificaçãosolidificação controladacontrolada.
• Ferros Fundidos
• Aços
• Alumínio
• Cobre
•Magnésio
• Zinco
• Super-ligas
• Diversas
MateriaisMateriais queque
podempodem serser
vazadosvazados
Ferro Fundido Cinzento, Nodular, Maleável, Ligado resistente ao calor, desgaste e ataquequímico
Corrente, Baixa Liga, Alta Liga, Ligado
Latão, Bronze, Bronze Duro de Canhão,.BronzeAlumínio, Bronze Silicioso
Ligas Níquel, Ligas Cobalto
Ligas de Titânio, Ligas para Rolamentos,Ligas Magnéticas, Ligas Refractárias
Tecnologias da Produção
Classificação dos Processos de Fundição
ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação DestructívelDestructívelModeloModelo DestructívelDestructível
ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação DestructívelDestructívelModeloModelo PermanentePermanente
ProcessosProcessos de de MoldaçãoMoldação PermanentePermanente
• Moldação em areia verde• Moldação em areia seca• Moldação com CO2/Silicato • Shell-Molding• Caixa Fria• Selagem por vácuo
Moldação em areia
• Moldação em cerâmica• Moldação em gesso
Moldação em agregado refractário
• Moldação com modeloevaporável
Moldação em areia
• Moldação com modelosperdidos
Moldação em agregado refractário
• Moldação por gravidade• Moldação sob-pressão• Moldação sob baixa-pressão
Moldes Metálicos
• Vazamento com pressão de centrifugação• Vazamento com pressõescontra-gravíticas• Vazamento por compressãomecânica• Vazamento contínuo
Moldes Metálicos
Tecnologias da Produção
Fundição – Selecção de Processos de Fundição
Ferros Fundidos
Aços
Alumínio
Cobre
Magnésio
Zinco
Super-ligas
Diversas
Moldações em areia
Moldações com modelos perdidos
Moldações cerâmicas
Moldações permanentes metálicas
Moldações perm. metálicas por injecção
Tecnologias de fundição especiais
ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição
Meio ModeloSuperior
Pinos de Centragem
Prensos
Meio Modelo InferiorMeio Modelo
Inferior Pinos de Centragem
Caixade
Moldação
Pinosde
Placa de Moldação
Areia de Desmoldação
Crivo
Areia de Moldação
Placa de Moldação
Régua de Alisamento
Placa de Moldação
Caixa de Moldação
Compactação manual da Areia
Fixação
ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição
Areia de Desmoldação
Bacia de Vazamento
Canal de Vazamento
Enchimento da Caixa de Moldação
Pino Centragem Meio Modelo Inferior
Caixa de Moldação
Pino de Centragem
Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo
Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo
Furos para Extracçãoe alinhamento do Modelo
Caixa de Moldação
Prensos
Meio Modelo Superior
Fixação
ProcessoProcesso ConvencionalConvencional de de ObtençãoObtenção de de PeçasPeças de de FundiçãoFundição
Ataques
Canal de Distribuição
Canal de Distribuição Canal de Vazamento
MeiaMoldação
MeioModelo
Sistema Gitagem
Sistema Gitagem
Ataques
Sistema Gitagem
Cavidade na Moldação
Modelo
Bacia Vazamento
Canal Vazamento
Precisão das peças de fundição
Produção de modelos e caixas de machosProdução do molde da moldaçãoSelecção dos materiais das moldaçõesLocalização da linha de apartaçãoVazamento de metalContracção das peças vazadasAcabamento das peças
Processos de fundição com moldações perdidas
com aglomerantescom aglomerantescom aglomerantes
sem aglomerantessem aglomerantessem aglomerantes
orgânicosorgânicos
inorgânicosinorgânicos
moldações em gessomoldações em gesso
moldações em material cerâmicomoldações em material cerâmico
com modelos perdidoscom modelos perdidos
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
(*) – Areias naturais/Sintecticas
Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]Areia de Fundição = Areia [+ Aglomerante] + Aditivos [+ Água]
Sílica (Quartzo)OlivinaZircónio (*)Chamote
ArgilaSilicatos ResinasÓleos Cimento Portland
Outros
Pó de carvãoGrafitePezFuel oil
Serradura, outros
Material desagregado, sem coesão,
constituído por grãos
refractários
Envolver e aderir os grãos, ligando-os entre si, de modo
a conferir-lhes, após compactação, secagem e/ou
reacção química, as características necessárias ao processo de moldação e
vazamento
Melhora ou corrige o comportamento da mistura:
• Inibe reacções – moldação/macho com o
metal fundido• Amortece a dilatação
• Estabiliza a humidade
• Melhora o aspecto superficial das peças
• Promove a colapsilidade (mold./macho)
• Melhora a resistência (mold/macho)
Definição/Função
Definição/Função
AdesãoCoesão
Moldabilidade
11
11
22
22
33
33
44
44
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de bases
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.
Estar livre de produtos que gerem gases às altas temperaturas envolvidas
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.
Estar livre de produtos que gerem gases às altas tempoeraturas envolvidas
Estarem disponíveis a factores de custo baixo.
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.
Estar livre de produtos que gerem gases às altas tempoeraturas envolvidas
Estarem disponíveis a factores de custo baixo.
Apresentarem uma composição uniforme.
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades exigidas às areias de base
Estabilidade térmica e dimensional a temperaturas elevadas
Distribuição de forma e tamanho de partículas adequado.
Não apresentar reactividade química com o metal fundido
Não apresentar uma molhabilidade fácil com o metal em fusão.
Estar livre de substâncias de partículas de baixo ponto de fusão.
Estar livre de produtos que gerem gases às altas temperaturas envolvidas
Estarem disponíveis a factores de custo baixo.
Apresentarem uma composição uniforme.
Terem compatibilidade com os aglomerantes.
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades e características das areias de moldação
Refractariedade
Permeabilidade
Capacidade da areia para suportar a temperatura de vazamento sem fundir, nem amolecer.
Capacidade que a areia possui em deixar atravessar, pelos seus poros, os gases.
DilataçãoCaracterística que a areia possui de se expandir com o aumento da temperatura.
Influência da granulometria da areia na permeabilidade
Representação gráfica da dilatação de areias de moldação seleccionadas
R=f(tipo, grau de pureza, granulometria e forma da areia, teor de aglomerante)
P=f(tipo, granulometria e forma da areia, teor de aglomerante, preparação da mistura)
D=f(tipo, granulometria, forma do grão)
Processos de fundição com moldações perdidasProcessos de fundição com moldações perdidas
Propriedades e características das areias de moldação
Moldabilidade Resistência oferecida pelos pontos de contacto ligados pelo aglomerante.
R = f(tamanho, forma e distribuição do grão, tipo e teor aglomerante, densidade)
Resistência mecânica
Plasticidade suficiente para adquirir a forma do modelo.
Acabamento superficial das peças
A = f(tamanho e distribuição de grão,refractariedade,condições de vazamento)
Influência dos pontos de ligação do aglomerante na resistência
Influência da granulometria na rugosidade superficial da peça vazada
M=f(Teor e Homogeneidade da mistura,Tempo de vida)
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação em “areia verde”Processos de moldação em “areia verde”
Preparação da areia de moldaçãoPreparação da areia de moldação
SílicaSílica
SecagemMoagemCrivagemDosagem
AreiaAreiafundiçãofundiçãovelhavelha
DesmoldaçãoTrituraçãoSeparaçãoCrivagemDosagem
Areia de Fundição
Areia de Fundição
ArgilaArgila AditivosAditivos ÁguaÁgua
Mistura
Desintegração
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação em “areia verde”Processos de moldação em “areia verde”
Preparação das moldações em areiaPreparação das moldações em areia
2 . Compactação2 . Compactação
ManualManualManual Mecânica Mecânica
1 . Colocação da areia1 . Colocação da areia
Tipos de compactação mecânica da areia de moldação
Processo de insuflação seguido de
compactação
Compactação da areia por impulso de ar
sobre pressão (+GF+)
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação com ”cércea”Processos de moldação com ”cércea”
Processo utilizado no fabrico de peças de grandes dimensões e Processo utilizado no fabrico de peças de grandes dimensões e que apresentam formas de revolução ou perfis paralelos.que apresentam formas de revolução ou perfis paralelos.
Construção de
uma moldação
utilizando
cércea e
acrescentos à
cércea.
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação Silicato de Sódio /COProcessos de moldação Silicato de Sódio /CO22
1 . Mistura1 . Mistura
Areia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + AditivosAreia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + AditivosAreia de Fundição = Sílica + Silicato de Sódio + Aditivos
3 . Insuflação de CO3 . Insuflação de CO22
2 . Compactação2 . CompactaçãoMétodos de insuflação de CO2 nas areias aglomeradas de Silicato de Sódio
a) Sonda tubular
b) Câmpanula
c) Tampa superior
d) Através do modelo
e) Após vácuo
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22
Vantagens Desvantagens
• Matérias primas vulgares e económicas
• Aglomerantes não tóxicos.
• O sistema não contamina as ligas vazadas.
• Reduzida libertação gasosa.
• Minimização dos defeitos de expansão da areia e os seus problemas de fissuração.
• Aglomerante compatível com todas as areias de base, e com areia verde.
• Controlo apertado das variáveis do processo
• Resistência da areia aglom. deteriora-se com a humidade.
• Fraca colapsibilidade
• Redução da refractariedade da areia de fundição reciclada
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22
Capacidades
• Aplicável a diferentes tipos de ligas incluindo as ligas de Al, Cu e os metais ferrosos.
• Utilizado para peças de grandes secções (25- 50 Kg).
• Utilizado para peças únicas ou para pequenas séries.
• Taxa de produção mais lenta do que as moldações em areia.
• Espessura mínima de 5 mm.
• Detalhes nem sempre bem definidos.
• Possibilidade de obtenção de furos de 6 mm de diâmetro.
• Possibilidade de requerer a operação de maquinagem
Processos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicosProcessos de fundição com areia e com aglomerantes inorgânicos
Processos de moldação Silicato de Sódio / COProcessos de moldação Silicato de Sódio / CO22
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””
Areia de
FundiçãoFundição
Sílica
Zircónia
Olivina
Areia
Resinas de base Fenólica
Resinas de base de Ureia
Resinas de base Melamina
Aglomerante
Hexametiltetramina
Acelerador
À base de Petróleo
Agente humidificador
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo convencionalProcesso convencional
Sequência de OperaçõesSequência de Operações
1. Elaboração de um modelo metálico e fixação deste a uma placa
metálica placa-molde.
2. Revestimento com desmoldante e aquecimento
entre 150 º C e 300ºC.
3. Fixação a uma caixa basculante contendo areia pré-revestida com resina.
4. Rotação de 180º. Formação da carapaça.
5. Nova rotação de 180º. Queda da areia não polimerizada. 6. Homogeneização da
carapaça. Estufa aquecida entre 250 ºC a 600 ºC.7. Repetir para a outra meia moldação.
9. Extracção e acabamento final das peças.
8. União das duas meias moldações e vazamento do metal, normalmente sob acção da gravidade.
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell Moulding”Processos de moldação “Shell Moulding”
Propriedades das Moldações “ Shell MouldingShell Moulding”
Resistência à erosão durante o vazamentoResistência ao calor
Resistência mecânicaPropriedades térmicas
Capacidade calorífica da carapaça
Condutibilidade térmica da carapaça
Coeficiente de transmissão de calor da carapaça para o meio envolvente
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo sob vácuoProcesso sob vácuo
A carapaça é imersa num material de reforço granular. Durante o vazamento e fase de arrefecimento é feito vácuo através da base da moldação.
Carapaças de Shell Moulding na vertical para vazamento sob vácuo Redução da possibilidade de colapso da parede da
carapaça.
Redução da necessidade de arrefecimento do material da moldação
Controlo do meio ambiente e redução da formação de chamas por combustão dos gases libertados pelas resinas quando aquecidas.
Principais vantagensPrincipais vantagens
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell Moulding” Processos de moldação “Shell Moulding” -- Processo CLASProcesso CLAS
Melhoria da sanidade e qualidade metalúrgica das peças face ao processo convencional.
Controlo do meio ambiente (libertação de fumos) e redução da formação de chamas por combustão dos gases libertados pelas resinas quando aquecidas.
Peças vazadas isentas de bolhas provenientes da retenção de gases.
Principais vantagensPrincipais vantagens
Aplica o conceito de vazamento por vácuo gerando forças de vazamento contra as da gravidade. Colocação da carapaça de Shell Moulding numa câmara de vácuo com um canal de enchimento imerso no metal em fusão.
Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””
Vantagens
• Maior precisão dimensional,
• Menor rugosidade superficial das peças vazadas,
• Maior rapidez de fabrico e mão de obra menos especializada,
• Moldações leves e fáceis de transportar,
• Redução do volume das areias de moldação utilizadas e oficinas muito mais limpas,
• Exige menos espaço, quer para o fabrico das moldações, quer para o seu armazenamento,
• Possib. de armazenamento das “ carapaças”
• Processo mais económico, que os em areia verde, para a produção em série de peças complexas.
Desvantagens
• Custo mais elevado das areias pré-revestidas com resina, em relação às areias verdes,
• Custo mais elevado das placas-modelo, exigindo séries maiores embora muito menores que na moldação em coquilha.
• Limitação a peças de tamanho pequeno a médio, aconselhável até cerca de 15 Kg,
• Areias não recicláveis económicamente.
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””
Capacidades
• Gama de ligas metálicas - todos os tipos de metais e suas ligas,
• Gama de dimensões e pesos - peças desde algumas gramas até centenas de quilos, a maioria da produção incide na faixa 0.5 a 15 Kg,
• Volume de produção e tempos - Normalmente para o fabrico de peças em série, produção de carapaças pode ser muito rápida,
• Capacidade de obter espessuras mínimas - com ligas de grande fluidez podem ser obtidas espessuras da ordem dos 1.9 a 2.3 mm ( 1 mm processo CLAS),
• Réplica de detalhes - superior à obtida nos processos em areia verde mas inferior à obtida nos processos de moldação cerâmica,
• Acabamento superficial – permite obter rugosidade superficial da ordem dos 3,2 µm (areia verde a rugosidade é ≅12,5 µm)
• Furos obtidos por vazamento - diâmetros mínimos de 3 mm,
• Precisão dimensional - função das dimensões lineares das peças vazadas.
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “Shell MouldingProcessos de moldação “Shell Moulding””
Exemplos de peças produzidas
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação por presa a frioProcessos de moldação por presa a frio
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
A areia, o aglomerante e o agente de cura são misturados antes de serem calcados sobre os modelos ou nas caixas de machos. O processo de reacção para presa tem início imediato, com o tempo de cura a depender do tipo e da quantidade do agente de cura.
Processo de presa a frio
Processo de caixa fria
Processo de caixa quente
A areia, o aglomerante são misturados numa primeira fase. Depois são encalcados para formar a moldação ou macho, antes do agente de cura ser introduzido sob a forma de um gás ou vapor.
A principal diferença em relação aos dois processos anteriores é a necessidade da aplicação de calor para o processo de cura do macho.
Processos de moldação por presa a frioProcessos de moldação por presa a frio
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Aglom
eran
tes
Furânicos
Fenólicos
Fenólicos curados por Ester
Alkyd Uretano
Sistema Fenólico Uretano
Sistema Poliol-Uretano
Processos de moldação por caixa friaProcessos de moldação por caixa fria
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
�Sistema de Caixa fria Fenólico Uretano
�Processo SO2
�Processo Epoxi-SO2
�Processo de cura por radicais livres
�Processo de cura por Ester Fenol
�Processo CO2-Poliacrílico
�Prtpocesso “Redset”
O Sistema CFFU é recomendadopara produção tanto de blocos e cabeçotes como para a fundiçãopeças automobilísticas em ferrofundido em geral
Processos de moldação por caixa quenteProcessos de moldação por caixa quente
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Resinas utilizadas
Agente de cura
Temperatura
Processo
Caixa quente Caixa aquecidaCaixa quente Caixa aquecida
Base – Álcool furfurílico e/ou Fenol
+Ureia+Formaldeído
Catalizador ácido
T[220,245]ºC
Mistura húmida introduzida por sopragem numa caixa de machos aquecida
Misturas a frio de álcool furfurílico
Sais de Cobre dissolvidos em ácidos sulfônicos aromáticos
T[150,220]ºC
Alternativa ao processo de caixa quente, melhor com menos aglomerante
Machos obtidos pelo processo de caixa quente
EXEMPLOS de peçasEXEMPLOS de peças
� Ferramentas de máquinas
� Equipamentos mecânicos
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Capacidades e Limitações
• Gama de ligas metálicas – vasta gama incluindo ligas de Al e Cu, Ferros fundidos e Aços,
• Gama de dimensões e pesos das peças – médias e grandes; machos produzidos em grandes séries,
• Tempo de produção – semelhantes ou superiores aos do processo de Silicato de Sódio-CO2,
• Capacidade de obter espessuras mínimas – uma secção mínima de 5 mm é aceitável,
• Réplica de detalhes – sendo um processo em areia, a expectativa não deverá ser elevada,
• Acabamento superficial – rugosidade superficial entre 6 a 25 µm,
• Furos obtidos por vazamento -∅ mínimo igual ou superior a 6 mm,
• Precisão dimensional - processos de maquinagem continuam a ser requeridos.
Processos de moldação por presa a frio, de caixa fria e de caixaProcessos de moldação por presa a frio, de caixa fria e de caixa quentequente
Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processo de moldação em areia de alta precisão, com vazamento sob baixa pressão.
Fabrico do modelo ( resina ) e caixa de machos
Produção das moldações e machos recorrendo a máquinas automáticas de projecção de areia ( Zircónia ), aglomerada por insuflação de
SO2 , em caixas metálicas.
Vazamento do metal em atmosfera protegida, o metal é aspirado por vácuo pela parte de baixo da moldação.
Montagem dos machos na moldação Inferior
Técnicas de preparação das moldações
Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Características
Sistema de gitagem de vazamento e de alimentação
• O metal entra na moldação por baixo através de canais que ligam a cavidade de moldação aos canais de distribuição do forno
• O enchimento da moldação é controlado por bombas de vácuo
• As moldações não necessitam de alimentadores
Preparação das moldações normal com presa a frio mas sem caixa
(aro metálico externo)
Não é necessário revestir a cavidade interna da moldação com umapintura refractária
Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Capacidades e limitações
• Gama de ligas metálicas – ligas de Al (inicial) e ligas metálicas ferrosas e não ferrosas,
• Gama de dimensões e pesos das peças – de 0,2 a 55 kg para peças em Al,
• Tempo de produção – não são superiores aos tempos habituais para processos com resinas,
• Capacidade de obter espessuras mínimas – da ordem dos 4 mm (mas podem ser inferiores),
• Furos obtidos por vazamento -∅mínimo da ordem dos 6 mm,
• Acabamento superficial – melhores que nos processos convencionais em areia, mas não
atingem a qualidade obtida pela cera perdida; a rugosidade varia de 3 a 6 µm,
• Precisão dimensional – função das dimensões das peças vazadas.
Processos de moldação “CosworthProcessos de moldação “Cosworth””
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Aplicações
Indústrias aeroespacial e de defesa
ex: caixas de engrenagens de transmissão
acentos de mísseis
Indústria automóvel
ex:Motores em ligas de Alumínio
Processos de moldação “ColShellProcessos de moldação “ColShell””
Processos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânProcessos de fundição de precisão com areia e aglomerantes orgânicosicos
Processos de moldação “ZeusProcessos de moldação “Zeus””
“Cosworth”
“Zeus”
Zircónia
Sílica
Precisão
Secção mínima
Economia
Secção fina
Ligas de Alumínio
Moldações a frio “Shell Moulding”
“ColdShell”
A forma do molde da peça é obtida por uma mistura de areia que endurece em contacto com o modelo sem calor.
Faz-se insuflação de um gás de reacção para se obter presa rápida por reacção química a frio.
As placas molde podem ser de madeira ou resina.
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Método de fundição sem cavidade, com modelo de espuma de PS envolvido por uma areia não aglomerada.
O modelo deixado na moldação em areia é decomposto pelo metal fundido.
O metal substitui as espuma do modelo reproduzindo exactamente todas as formas deste.
Factores chave no controlo do processo
Mod
elo
Mod
elo Qualidade superficial
Fusão
Estabilidade dimensional
Densidade da espuma
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Etapas do processo - EPC 1. Confecção dos modelos indiuviduais.
2. Ligação dos modelos ao sistema de enchimento, formando “árvore”.
3. Revestimento com líquido refractário e secagem
4. Introdução de uma camada de areia na caixa de moldação; Colocação da “árvore” na caixa; Introdução e compactação, por vibração, da areia não aglomerada.
5. Vazamento do metal fundido;Vaporização do modelo de espuma substituindo com precisão todos os seus pormenores.
6. Separação da areia solta das peças vazadas; Acabamento final e controlo dimensional
Bacia
de
enchimento
25 –75 mm
Colagem
dos
modelos
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Produção do modelo – PS expandido(1)
Enchimento
a) Introdução do PS pré-expandido através de ar comprimido num molde metálico.
b) Compactação utilizando um êmbolo pneumático.
Fusão
c) Aquecimentodo sistema, pela passagem de vapor através do material, para formação do modelo de espuma.
Arrefecimento
d) Normalmente efectuado por vaporização de água na parte exterior no molde, para manter a geometria dimensional após ejecção.
Ejecção
e) Abertura da prensa e ejecção pneumática ou mecânica do modelo.
(1) – Para reduzir a densidade do PS [640 Kg/m3] é necessário efectuar, antes da produção do modelo propriamente dito, um processo de pré-expansão [16-27 kg/m3]
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Revestimento do modelo
Objectivos
Fornece uma barreira entre a superfície lisa do modelo e a superfície rugosa da areia.
Permite uma permeabilidade controlada. Os gases produzidos pela vaporização da espuma escapam-se, através do revestimento, para a areia, afastando-os do metal da peça.
(2) - A escolha da base do revestimento é limitada à compatibiladde com a espuma.
Constituição
Sílica – refractário preferido: Baixo preço / Excelente coeficiente de transmissão de calor.
Zircónia e Olivia – Não são os mais comuns.Água – mais utilizada++
Refractário Base (2)
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Montagem do modelo A montagem é efectuada por colagem dos modelos numa “árvore”.
As colas são especiais para o processo e realizam-se a quente T∈[120,130]ºC.
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Revestimento do modelo
Modo de Aplicação
(2) - A escolha da base do revestimento é limitada á compatibiladde com a espuma.
Secagem
Imersão Pulverização Pintura Escoamento
Grandes dimensões
Peq. e média dimensão
Dim. Modelo
Processo
� � �
�
Natural – Ar livre (t=24 horas)
Forçada - Estufa (T∈[50,65]ºC;t ∈[2,6]horas)
Micro-ondas para aplicações de grande produtividade
Areia moldação
Sílica (mais utilizada); Forma:grão quase esférico a esférico; Granulometria: diferentes para diferentes aplicações.
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Principais vantagens
• Inexistência de linha de apartação e de machos.
• Processo económico e fácil de realizar e controlar.
• Necessário menos areia e a sua reutilização não necessita de reciclagem.
• Simplificação dos processos de limpeza das peças vazadas.
• Aumento do rendimento da fundição com arranjo tridimensional dos modelos.
• Redução de mão-de-obra, e sua especialização.
• Produção variada de peças de forma contínua.
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Capacidades
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
• Gama de ligas metálicas – Ligas de Al, ferros fundidos, aços ao carbono resistentes ao desgaste e ao calor
• Gama de dimensões e pesos das peças – Produção em série – pesos de 0,5 a 25 kg; Produção de peça unica – pesos até às toneladas.
•Tempo de produção – Versátil, desde uma peça única a milhões de peças.
• Capacidade de obter espessuras mínimas – secções de 3,5 mm podem ser vazadas por este processo.
• Furos obtidos por vazamento – Furos de φ3 mm de diâmetro podem ser obtidos.
• Acabamento superficial – Função da qualidade superficial do modelo e da camada de
revestimento refractário. Rugosidade entre [ 6.3, 25] µ m.
• Precisão dimensional – Maior precisão que no processo de areia verde. Maquinagem aindanecessária para dimensões mais críticas.
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Exemplo de peças obtidas
Processo de fundição por evaporação de modelos PS Processo de fundição por evaporação de modelos PS -- EPCEPC
Peças vazadas em Alumínio para a indústria automóvel:
Tubeiras de admissão, permutadores de calor,
cabeças de motor e blocos.
Ferro fundido:
Bielas, discos de travagem,
tubeiras de escape, caixas de diferencias.
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Unidade de moldação em Vacúo maior do mundo -
Switch & Manufacturing Co., Carlisle, Pennsylvania.
Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV
A areia não aglomerada é posicionada entre duas folhas de plástico finas e mantida no lugar por aplicação de vácuo.
Exemplo de peças obtidas
Corpos para vávulas, peças para máquinas ferramentas, máquinas textéis e máquinas de impressão.
Inicialmente: peças chatas.
Hoje em dia:
Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
1. Construção do modelo sobre uma placa molde oca com pequenos furos para ventilação.
2. Colocação, sobre o modelo e sistema de gitagem, de um filme de plástico fino aquecido e esticado.
3. Aplicação de vácuo à placa-molde que, por sucção através dos furos de ventilação, aperta firmente o filme contra o modelo.
4. Colocação de uma caixa de moldação, de paredes ocas, contendo uma ligação ao vácuo, sobre a placa molde.
5. Colocação da areia e sua compactação.
6. Remoção da areia em excesso e moldação da bacia de vazamento.
7. Outro filme de plástico é colocado no topo da areia e é aplicado vácuo à caixa de moldação. Obtenção de uma moldação extremamente densa e dura. Remoção da placa molde por extinção do vácuo exercido sobre esta.
8. Vazamento do metal mantendo o vácuo
9. Remoção da peça por extinção do vácuo.
Sequência de operações
Bacia de vazamento
Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
Desvantagens
• O processo não é normalmente utilizado em grandes séries.
• Velocidade de solidificação do metal vazado menor, por as moldações conterem uma
certa humidade.
Vantagens
• Inexistência de aglomerantes: reduz a produção de fumos e poeiras.
• Desnecessárias máquinas de mistura e moldação de areia.
• Simplificação das máquinas de abatimento e recuperação de areia.
• Modelos iguais aos da moldação em areia verde, com excepção dos furos de ventilação
que são colocados rigorosamente à volta do modelo para adesão do filme plástico.
• Desgaste do modelo reduzido pois a areia nunca contacta com a sua superfície.
• Fluidez melhorada muitas vezes devido à vaporização do filme com um gás redutor.
Moldação em vácuo ou processo Moldação em vácuo ou processo -- VV
Processos de fundição de precisão com areia não aglomeradaProcessos de fundição de precisão com areia não aglomerada
• Gama de ligas metálicas – Ligas de Alumínio e Cobre, ferros fundidos e aços.
• Gama de dimensões e pesos das peças – Produção em série: pesos ∈ [100, 2500]kg; Peças com superfícies grandes e profundidades baixas.
• Tempo de produção – Produção normal: 5 a 10 moldações por hora. Produção automática:50 a 60 moldações por hora.
• Capacidade de obter espessuras mínimas – Secções de 3,0 mm podem ser vazadas por este processo.
• Réplica de detalhes – Permite obter detalhes de forma geométrica.
• Acabamento superficial – Boa qualidade superficial: [ 3.2, 12.5] µ m.
• Precisão dimensional – Maior precisão que no processo de areia verde ou com aglomerantes de presa a frio.
Capacidades
Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso
Produção peças vazadas de ligas metálicas não ferrosas, ligas de Alumínio, com superfícies lisas, de detalhes finos.
Processo convencionalProcesso convencional
Moldação com gesso em espumaMoldação com gesso em espuma
Processo “Antioch”Processo “Antioch”
Ex: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidasEx: peças obtidas
Rotores de pás para bombas
Turbinas para a indústria aeroespacial
Componentes para fuselagens de aviões
Instrumentos científicos...
Variantes do processoVariantes do processoVariantes do processoVariantes do processo
Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso
Processo convencionalProcesso convencional
∆∆∆∆t
Modelo permanente
Pasta
T=160ºCT=160ºC
Água
1 2
3 4
1. Preparação da pasta.
Pasta=gesso de Paris + Água.
Vazamento da pasta sobre o modelo metálico.
2. Obtenção de presa ao ar
3. Remoção de água livre por permanência em estufa a temperatura controlada.
4. Vazamento da liga metálica no interior do molde
Vazamento sob vácuo
Vazamento assistido por pressão
Etapas do processoEtapas do processo
Moldação com gesso em espumaMoldação com gesso em espuma
1. Preparação da pasta.
Gesso em espuma= Gesso+ Água + Ar Vazamento da pasta sobre o modelo de borracha
Processo “Antioch”Processo “Antioch”
2. Obtenção de presa Moldações em autoclave, sob pressão e temperatura do vapor de águaDiferenças em
relação ao
processo convencional
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Processo de fundição de precisão com moldações em gessoProcesso de fundição de precisão com moldações em gesso
Material
Gesso hidratado em diferentes percentagens.
Introdução de água e aquecimento temperatura moderada
Consistência
Rígidos (permanentes) [placas-molde de madeira, plástico, metal]
Flexíveis [gesso em espuma - poliuretano flexível]
Modelos
Desmoldante
Óleo ou cera
Moldações
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processos de fundição de precisão com moldações em gessoProcessos de fundição de precisão com moldações em gesso
Vantagens
• Capacidade de produzir formas complexas
• Possibilidade de vazar secções finas
• Excelente réplica dos detalhes dos modelos.
• Produção de peças vazadas de grande precisão dimensional.
• Peças com bom acabamento superficial.
• Redução de tensões residuais e de distorções.
Desvantagens
• Baixa produção devido aos lentos processos de execução.
• Baixa permeabilidade do metal de moldação.
• Propriedades metalúrgicas diferentes devido ao processo de solidificação lento.
• Materiais de moldação não recicláveis.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Capacidades
Processos de fundição de precisão com moldações em gessoProcessos de fundição de precisão com moldações em gesso
• Gama de ligas metálicas – Ligas de Al predominantemente; Ligas de Mg e Zn;
• Gama de dimensões e pesos das peças – pesos, correntemente: de 50 g a 10 kg; peso máximo : 50 kg.
• Tempo de produção – Mais curtos que os necessário para o processo de cera perdida ou fundição injectada.Processo indicado para pequenas produções.
• Capacidade de obter espessuras mínimas – secções podem ir até aos 0,25 mm mas normalmente são da ordem: 1,5 mm – ligas de Zn, 1,75 mm – ligas de Al e 2,25 mm – ligas de Cu.
• Réplica de detalhes – Permite obter detalhes de forma devido à fluidez do material de moldação em contacto com os modelos.
• Furos obtidos por vazamento – Não são recomendáveis φ inferiores a 6 mm: fragilidade dos materiais de moldação. Podem ir até 0,5 a 1,5 mm quando de maior precisão.
• Acabamento superficial – Bom para ligas de médio ponto de fusao: [ 0.8, 3.2] µ m.
• Precisão dimensional – Função da liga vazada e das dimensões lineares da peça: ±[0.175, 0.625] mm
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Técnica de construção de moldações que utiliza como material de moldação agregados refractários aglomerados.agregados refractários aglomerados.
�� PrecisasPrecisas
�� InertesInertes
�� RígidasRígidas
MoldaçõesMoldaçõesMoldaçõesMoldações
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Processo ShawProcesso Shaw
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processo de moldação ShawProcesso de moldação Shaw
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Aço
Grãos finos de material refractárioAglomerante
Agente de gelificação
• Mulite (Alumino Silicato)• Zircónia
• Sílica
Silicato Etilo (líquido)
I.F.↑
%↑• Hidráto de Amónia
+• Hidrato Silicato Etilo
Massa cerâmica
Constituição da massa cerâmica refractáriaConstituição da massa cerâmica refractária
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processo de Moldação ShawProcesso de Moldação Shaw
Sequência de operações
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Vazamento da massa cerâmica refractária na caixa de moldação entre uma pré-forma e um modelo de precisão (c).
Constituição de uma pré-forma de moldação (b) a partir do modelo de pré-formação (a).
Gelificação do material da moldação passado um curto intervalo de tempo.
Separação do modelo de precisão da meia moldação (d).
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processo ShawProcesso Shaw
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Sequência de operações
Incêndio da massa de moldação para queima e remoção de matérias orgânicas e do álcool nela contido.
Acabamento superficial fino.
Produção de peq. fissuras internas.
Introdução da moldação num forno para retirar últimas matérias combustíveis da massa e para produzir uma estrutura sólida, rígida, inerte e precisa.
Sinterização
T ≥≥≥≥1000ºC
Montagem da moldação cerâmica numa caixa com areia.
Vazamento do metal fundido no interior da moldação cerâmica
Fundição
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
• Facilidade de extracção dos modelos de precisão após gelificação.
• Estabilidade dimensional durante as diferentes fases de construção da moldação (reprodução de detalhes).
• Resistência mecânica da moldação final (retirada do aro externo de moldação).
• Boa resistência aos choques térmicos (vazamento do metal em moldações frias).
• Boa permeabilidade ao ar (não ∃ materiais combustíveis para gerar gases).
• Facilidade de extracção das peças vazadas (colapsilidade da moldação).
Vantagens
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Processo ShawProcesso Shaw
Desvantagens
• Não é recomendada a reciclagem da moldação por motivos económicos.
• Devem ser observadas condições de segurança contra explosões e contra inalação de gases.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Capacidades
• Gama de ligas metálicas – Metais ferrosos principalmente: aços de baixo carbono, inoxidáveis e de liga para ferramentas; Outros: ligas de Al, Cu e Berílio.
• Gama de dimensões e pesos das peças – Superiores às obtidas em cera perdida em moldações cerâmicas. Podem ir até às toneladas (bases de ferramentas).
• Tempo de produção – Pequenas séries (tempo de moldação grande). Automátização: 15 peças/hora.
• Capacidade de obter espessuras mínimas – Em geral produzem-se espessuras grandes. Com procedimentos especiais as espessuras mínimas vão até aos 1,5 mm.
• Acabamento superficial – Afectado por: grau de refractariedade, temperaturas do metal e da moldação, reacções entre metal e material da moldação e tamanho de grão dos pós. Podem obter-se
rugosidades inferiores a 3.2 µm.
• Precisão dimensional – Função da liga vazada e das dimensões lineares da peça. Quanto maiores as peças maior a tolerância apresentada.
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Processo ShawProcesso Shaw
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Ferramentas e matrizes para extrusão, forjamento, fundição injectada, injecção de plástico e produção de vidro; Compressão de compósitos.
Componentes de precisão para equipamentos mecânicos: Indústria aeronáutica e aeroespacial
Processos de fundição de precisão com moldações em material cerâProcessos de fundição de precisão com moldações em material cerâmicomico
Peças vazadas em : ligas de aço
Processo ShawProcesso Shaw
Acabamento superficial – excelente
Composição metalúrgica – integra.
Características
Peças obtidas
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida”- “Lost Wax Process” - “Investment Casting Process”
Na construção das moldações são aplicadas camadas de uma pasta refractária que vão envolver
um modelo perdido, normalmente feito em cera. As camadas cerâmicas são posteriormente
endurecidas para se obter a moldação perdida.
Moldação em casca cerâmica
Construída por camadas sobrepostas. Técnica predominante para aplicações
em engenharia de precisão.
Moldação em bloco cerâmico
Moldação sólida. Técnica mais utilizada
para a produção de próteses dentárias,
estatuária e joalharia, algumas aplicações em
engenharia ( ligas não ferrosas )
VARIANTES
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “CeraPerdida” - Moldação em Casca CerâmicaCasca Cerâmica
Tecnologia Mecânica - Demgi
Cozimento do molde cerâmico a alta temp. para completar o processo de presa.
Injecção da cera nos moldes metálicos para elaboração dos modelos.
Eliminação da cera através de pressão e calor.
Separação das peças da “árvore” por corte.
Fabrico da “arvore” de modelos perdidos.
Operação de lixamento do canal de ataque
Revestimento primário c/ lama refractária de granul. fina.
Preenchimento do molde cerâmico com metal.
Inspecção visual, dimensional e metalográfica das peças.
Revest. secundário com material refractário. Casca cerâmica auto-resistente.
Remoção do material refractário.
Produto pronto para ser enviado ao cliente.
ETAPAS
Nota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida” - Moldação em Bloco CerâmicoBloco Cerâmico
1- Construção do molde a partir do modelo “mestre” elaborado pelo escultor.
2- Elaboração dos modelo em cera perdida.
3- Revestimento primário com lama refractária de granulometria muito fina. Pulverização com partículas refractárias de maior dimensão.
4-Vazamento do revestimento refractário de pasta cerâmica. Construção da moldação em bloco cerâmico.
ETAPAS
Tecnologia Mecânica - DemgiNota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “cera perdida” - Moldação em Bloco CerâmicoBloco Cerâmico
5- Destruição do modelo em cera. Introdução do molde refractário num forno.Cozimento do molde.
6- Vazamento do metal líquido.
7- Abatimento damoldação. corte dos gitos.
7-Operaç
ões de ac
abam
ento.
Tecnologia Mecânica - DemgiNota: Cavidades internas das peças são obtidas por machos.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida”
Condições a que deve satisfazer o material dos modelos:
1. fundir a uma temp. relativamente baixa sem deixar resíduos na moldação;
2. não deve atacar nem o material das moldações onde o modelo é feito nem o das moldações a que vai dar origem;
3. à temp. a que for manipulado deve ter resistência mecânica suficiente para não se deformar e uma dureza tal que não seja facilmente riscado;
4. deve encher rapidamente a moldação onde é injectado;
5. ter um pequeno coeficiente de contracção.
Modelos Perdidos
Tecnologia Mecânica - Demgi
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida”
Modelos Perdidos
Constituição:
Cera(s) + Aditivos
Naturais
Sintéticas
Polímeros ( ex: PE, Nylon, Celulose Etílica )
Resinas ( ex: óleo de crude, res. pinheiro )
Pós inertes ( ex: PS c/ ácido Isoftálico,Bisfenol )
Outros ( ex: água, antioxidantes, corantes )
Função: melhorar as “áreas” em que as ceras são “deficientes” (resistência, rigidez, tenacidade, controlo dimensional)
Tecnologia Mecânica - Demgi
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida”
Etapas do processo “cera perdida” Critérios de selecção das ceras
Tecnologia Mecânica - Demgi
Custo, disponibilidade, facilidade de reciclagem, toxidade e factores ambientais.
Construção da moldação
Diversos
Ponto de amolecimento, gama de arrefecimento, propriedades reológicas, capacidade para duplicação de detalhes, superfície, tempo de produção total.
Poder lubrificante, resistência, rigidez, dureza, tenacidade, estabilidade e soldabilidade.
Expansão/contracção térmica, contracção por solidificação, tendência à cavitação, distorção e estabilidade.
Resistência, tenacidade, resistência aos aglomerantes e solventes.
Ponto de amolecimento, viscosidade, expansão e difusão térmica, conteúdo em cinzas.
Injecção
Remoção, Manuseamento e Montagem
Remoção do modelo de cera da moldação e cozedura do material cerâmico
Controlo dimensional
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Moldação por “Cera Perdida”- Moldação em carapaça
Tecnologia Mecânica - Demgi
Revestimentos Refractários
Constituição:
+Refract.
Pós de Sílica
Pós de Zircónia
Alumina
Silicatos de Alumina
Aglom.Silicato de sódio liquido
Silicato de etilo
Outros
Sílica coloidal
+ (Liq.)
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Fundição por “Cera Perdida”
Tecnologia Mecânica - Demgi
Capacidades e limitações
• Gama de ligas metálicas – qualquer liga pode ser vazada, incluindo as que são impossíveis de forjamento ou demasiado dificeis de maquinar.
• Gama de dimensões e pesos das peças – têm vindo a aumentar: peças de ferro c/ 300 Kg e ligas de Al c/ 1000 mm.
• Tempo de produção – Processo moroso e exigente na obtenção dos modelos.
• Capacidade de obter espessuras mínimas – Dependem da liga. Conseguem-se obter espessuras de 2 décimos de mílimetro, embora não se deva descer abaixo dos 1.5 mm (inferiores às obtidas pelo processo Shell Moulding).
• Réplica de detalhes – Grande fidelidade na reprodução de detalhes.
• Furos obtidos por vazamento – Ømin=1 mm (comprimento do furo não muito longo)
• Acabamento superficial – Dependente da liga metálica e do processo de reprodução das
superfícies, rugosidade superficial de 3.2 µm facilmente atingível.
• Precisão dimensional – tol ( dimensões lineares ) = +/- 0.125 mm/25 mm, em ligas de baixo ponto fusão pode atingir-se +/- 0.05 mm/25 mm.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Fundição por “Cera Perdida”
Tecnologia Mecânica - Demgi
Principais vantagens Aplicações
• Flexibilidade de forma
• Tolerânicas dimensionais apertadas
• Grande produtividade
• Elevado rigor dimensional
• Bom acabamento superficial
•Grande variedade de materiais
utilizados
•Inexistência de linhas de partição
• Espessuras mínimas inferiores às
obtidas por Shell Molding
Indústias:
• aeroespacial
• aeronaútica
• automóvel
• agrícola
• têxtil
• armamento
• computadores e electrónica
• próteses médicas
• joalharia e estatuária
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Exemplos de peças produzidas
Fundição por “Cera Perdida”
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Fundição por “Cera Perdida” - Processos contra gravidade
Processo CLA
1. Casca cerâmica aquecida é colocada dentro de uma câmara protegida da atmosfera. Coluna de enchimento com saída na base da câmara.
3. Descida na direcção do forno de forma a que o bocal da coluna de descida fique imerso.
4. Realização de vácuo dentro da câmara.
Processo CLV
1. Colocar câmara selada c/ moldação cerâmica acima da câmara de vácuo que contem o forno.
2. Ligação das duas câmaras.
3. Fusão do metal sob vácuo. Enchimento das câmaras com gás árgon. Abertura da válvula de ligação.
4. Subida do forno.
5. Aplicação de vácuo na câmara que contém a moldação.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
------------------------------------------------------
Tecnologias de Fundição Engas C. Romão / O. Contente
Tecnologia Mecânica - Demgi
Processos de fundição de precisão com modelos perdidosProcessos de fundição de precisão com modelos perdidos
Fundição por “Cera Perdida” contra gravidade
• Melhor qualidade metalúrgica e maior sanidade das peças vazadas
• Obtenção de peças de paredes mais finas e de maior precisão
• Dimensões e pesos das peças podem estar condicionados às dimensões e à resistência das câmaras seladas dos equipamentos
• Melhores acabamentos superficiais
• Mais dispendioso
Vantagens e DesvantagensVantagens e Desvantagens Ex: AplicaçõesEx: Aplicações
Processo CLA
Indústria automobilística:
• partes de transmissão mecânica
• câmaras de pré-combustão para diesel
• sistemas de direcção
Indústrias aeronaútica e aeroespacial:
• asas de mísseis, câmaras de bombas, peças estruturais.
Processo CLV
mais utilizado para o processamento de super-ligas: câmaras de combustão, pás de turbinas de motores a jacto, suportes de reactores,....
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Vantagens Vantagens DesvantagensDesvantagens
Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica
Moldações permanentes/Moldações em areiaMoldações permanentes/Moldações em areia
Maior velocidade de produção.Economia de espaçona oficina e de mão-
de-obra.Oficinas mais limpas.Maior rigor dimensional.Menor rugosidade das peças obtidas.Peças mais bem definidas (arestas vivas).Peças com melhor qualidade e
uniformidade.Economia no metal vazado.Peças não sujeitas a defeitos característicos
da areia: cascão, inclusões de areia, etc.
Maior custo inicial da moldação (prod. série)Maior custo de equipamento (fundição
injectada)Tempo anterior ao início de produção das
primeiras peças muito grande (produção moldações metálicas)Só utilizável para ligas de baixo ponto de
fusão.Peso e dimensões das peças limitados
(fundição injectada e de centrifugação)
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações destrutíveisProcessos de fundição com moldações destrutíveis
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Classificação quanto ao processo de enchimento
Variantes
• Fundição por gravidade
• Fundição por pressão
Peso do metal vazado e coluna líquida
Por centrifugaçãoSob pressão (Fundição injectada)
Ligas que se podem vazarLigas que se podem vazar
Baixo ponto de fusão.Boa fluidez.Não ataque químico(moldação/máquina de injectar).
Não dissolva gases (ou não os liberte durante o arrefecimento).Não sejam frágeis a altas temperaturas.Coeficiente de contração baixo.Intervalo de solidificação pequeno.
simultaneamente
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Parâmetros gerais do processo
Tmin<Temperatura de vazamento<Tmax
Composição do metalEspessura das paredesTamanho e peso da peçaModo de arrefecer o moldeRevestimento do moldeSistema de gitagem
∆T=f(...)Canais e folgas de ajuste para saída de ar e dos gases na moldação.
Respiração da moldação
Global
Local
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Enxertos
Parâmetros gerais do processo
Enxertos:Perno roscado; Casquilho roscado; Tubo
Ejectores
Conjunto de pinos ejectores accionados pela placa ejectora
Obtenção local de propriedades diferentes das do material injectado
Operam após abertura das moldações e retirada de machos.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Projecto das moldações
Parâmetros gerais do processo
Diagrama “P-Q2 característico de uma máquina de injecção
Força de fecho
Fmax=Pmax*Aproj
Pressão de injecção
Zn - 100 a 300 bar Al -800 a 1200 barMg -700 a 1000 barCu -800 a 1200 bar
Velocidade de injecção
40m/s<v<60 m/s
Secção dos canais de gitagem Gitos de enchimento para vazamento por fundição injectada.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Macho das moldações
Parâmetros gerais do processo
PermanentesPermanentes – formas simples
FixosPerpendiculares ao plano de apartação.Formas geométricas com ângulos saída fáceis.
Amovíveis – ligados à peça mas não constituem uma única peçaMóveis – podem ser extraídos com movimentos de rot. e/ou trans.
Destrutíveis/SemiDestrutíveis/Semi--permanentepermanente – formas complexasAreia aglomerada Material cerâmico
TipoTipo
Ferro fundidoAçoAreiaMateriais cerâmicos
MaterialMaterial
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Temperatura do molde
Parâmetros gerais do processo
Variáveis que determinam a temperaturaVariáveis que determinam a temperatura
Temperatura de vazamento – Quanto mais elevada for a temperatura de vazamento mais alta é a temperatura do molde.Frequência dos ciclos – Quanto mais rápido for o ciclo de operação, mais quente estará omolde.Peso da peça fundida – A temperatura do molde aumenta à medida que o peso de metal fundido aumenta.Forma da peça –Secções espessas isoladas, machos com cavidades e quinas vivas não só aumentam a temperatura do molde na globalidade, como conduzem a gradientes térmicos não desejados.Espessura da parede da peça – A temperatura do molde aumenta à medida que a espessura da parede da peça aumenta.Espessura da parede do molde – A temperatura do molde diminui à medida que a espessura da parede do molde aumenta.Espessura do revestimento do molde – A temperatura do molde diminui à medida que a espessura do revestimento aumenta.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Vida do molde
Parâmetros gerais do processo
Principais factoresPrincipais factores
Temperatura de vazamentoPeso da peça Forma da peça Métodos de arrefecimentoCiclos de aquecimentoPré-aquecimento do moldeRevestimento do molde
Materiais para os moldesArmazenamentoLimpezaGitagemModo de operação dos moldesFinalidade da peça fundidaInfluência do desenho do molde
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica
Fundição sob pressão de centrifugaçãoFundição sob pressão de centrifugação
Fundição sob pressão propriamente dita
Fundição semi-centrifuga
Fundição sob pressão devida à centrifugação
A forma da superfície da peça deriva da própria centrifugação, sendo portanto cilíndrica e de espessura determinada pela quantidade de metal vazado.
A forma da peça é dada essencialmente pela moldação. A centrifugação destina-se apenas a assegurar uma pressão maior do que a devida à altura da coluna líquida estática .
Distingue-se essencialmente dos outros dois por o eixo de rotação ser exterior à peça.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica
Fundição sob pressão propriamente ditaFundição sob pressão propriamente dita
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição semiFundição semi--centrifugacentrifuga
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– Fundição sob pressão de centrifugaçãoFundição sob pressão de centrifugação
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão
Fundição sob pressão de injecçãoFundição sob pressão de injecção
Máquinas de injecção de câmara quente
Máquinas de injecção de câmara fria
O forno de mantimento em fusão está acoplado à base da máquina. O dispositivo de injecção, o pescoço de cisne e o bico injector estão solidários com o prato fixo da máquina. A base do pescoço de cisne está permanentemente imerso no metal líquido.
O forno de mantimento em fusão está separado da máquina de injecção. O dispositivo de injecção consiste num contentor com uma abertura superior dentro do qual circula um êmbolo que injecta o metal líquido dentro da cavidade da moldação metálica.O conjunto contentor pistão só se encontra em contacto com o metal vazado durante breves instantes.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão
Fundição sob pressão de injecçãoFundição sob pressão de injecção
Máquinas de injecção de câmara quente Máquinas de injecção de câmara fria
Ligas metálicas “brancas” de chumbo-EstanhoLigas à base de ZincoLigas à base de Magnésio
LigasLigas LigasLigas
Ligas à base de AlumínioLigas à base de MagnésioLigas à base de Cobre
Máquinas de injecção
Permitir movimentos de abertura e fecho da moldação móvel ou de ambas.Garantir o rigor da montagem das moldações e a segurança do processo.Conter dispositivos de injecção e regulação da quantidade adequada de metal líquido a injectar.Não deve ser atacada pela liga.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão
Capacidades
Gama de ligas injectadas - Câmara quente: Ligas à base de Zinco; Câmara fria: Ligas à base de Alumínio; Ligas de Cobre e Ligas à base de magnésio (crescente)Gama de dimensões e pesos – Pequenos; Crescente para as ligas de Al (Indústria automóvel)Volume de produção e tempo - Grandes quantidades (compensar preço e tempo) Número de injecções varia entre 1/seg e 15/horaCapacidade de fazer secções finas - Ligas de Zn: 0,5 mm; Ligas de Al:0,8 mm; Ligas de Cu:1,5 mm.Réplica de detalhes – Muito elevada.Acabamento superficial – Melhor para as ligas vazadas a baixas temperaturas; Rugosidade ∈[0,4..3,2]µmFuros obtidos por fundição – Com machos metálicos ≅±0,015 mm.Precisão dimensional –Ligas de Zn: L<25 mm , ± 0,08 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,025 mm/25 mmLigas de Al: L<25 mm , ± 0,10 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,038 mm/25 mmLigas de Zn: L<25 mm , ± 0,18 mm; L∈ [25..300] mm, ± 0,050 mm/25 mm
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálica Fundição em coquilha metálica –– sob pressãosob pressão
Exemplo de peças produzidas
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
O metal líquido é vazado por pressão gravítica num molde metálico, constituído por duas ou mais partes, o qual é usado repetidamente para a produção de peças com a mesma forma.
Fundição por gravidadeFundição por gravidade
Manipulação das Moldações
Dispositivos manuais
Dispositivos semi-automáticos
Dispositivos para fundição horizontal e inclinada
Mesas giratórias
Abertura/fecho por rotação
Abertura/fecho por translação
Vazamento do metal
Abertura do molde
Remoção da peça
Fundição por gravidade com dispositivos manuais
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição por gravidadeFundição por gravidade
Dispositivos para fundição horizontal e inclinada Dispositivos para fundição horizontal e inclinada -- ExemploExemplo
Produção de machos em areia aglomerada.
Posicionamento dos machos no molde.
Vazamento do metal, por gravidade, com mecanismo de inclinar.
Posição final do molde.
Extracção da peça vazada.Limpeza,operações de acabamento, controlo dimensional e metalográfico.
Limpeza dos moldes
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição por gravidadeFundição por gravidade
Ligas de Alumínio Ligas de Magnésio Ligas de CobreFerro fundido cinzento (hipereutéctico)
Metais vazados
Bloco de um motor de 354 kg, num molde permanente de 4 secções, com plano vertical de apartação
Carcaça de 8 kg para unidade de potência de emergência c/ liga AZ91C num molde semi-permanente
Peças com peso inferior a 10 kg
Peças com pesos inferiores a 15 kg.
Tipo de peças vazadasLimitações
Elevados volumes de produção Espessura uniforme de paredeNúmero limitado de recortes e machos Acabamento superficial > fundição areia
Nem todas as ligas são apropriadasElevado custo das ferramentas � grandes sériesAlgumas formas não podem ser feitasNecessários revestimentos para proteger molde
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição por gravidadeFundição por gravidade
Exemplo de peças produzidas
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição sob baixa pressão Fundição sob baixa pressão
Posição inicial Fecho da coquilha
Enchimento do molde
Solidificação
Abertura da coquilha
Injecção da peça
Representação esquemática das etapas do processo
Vazamento sob baixa pressão
☯ Temperaturas mais baixas*
☯ peças vazadas com propriedades mecânicas superiores*
(*) - em relação à fundição por gravidade
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição sob baixa pressãoFundição sob baixa pressão
Exemplos de peças produzidasExemplos de peças produzidas
Peças vazadas de grão fino, pequenas dendrites e propriedades mecânicas superiores ao vazamento por gravidade
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição sob vácuoFundição sob vácuo
Similar ao de baixa pressão, excepto que o vácuo é criado na cavidade do molde e o metal é puxado em vez de ser empurrado.
☯ utilizado quando é necessária uma alta cadência de produção ( moldes com Tbaixas );
☯ processo automatizado: produção de grandes quantidades de peças com elevada qualidade a preço competitivo;
☯ peças com excelentes propriedades mecânicas
☯ peças de pequena dimensão;
☯ projecto do molde com alguma complexidade de modo a assegurar um grau de vácuo adequado.
Vantagens/desvantagens:
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Fundição sob vácuoFundição sob vácuo
Exemplos de peças produzidasExemplos de peças produzidas
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Parâmetros que influenciam o acabamento superficial
Superfície da cavidade do molde - Todas as imperfeições da cavidade são reflectidas na peça.
Revestimento do molde – Espessura excessiva do revestimento, ou revestimento desigual degrada a superfície da peça.
Desenho e tamanho dos gitos – Influênciam a taxa e a suavidade do fluxo de metal fundido.
Ventilação – Assegura o completo enchimento da cavidade do molde com o metal vazado.
Temperatura do molde – Tem de ser a correcta para o trabalho e razoavelmente uniforme.
Desenho da peça – Variações severas de secção, complexidade, necessidade de mudança de direcção de fluxo de metal e áreas grandes e planas afectam negativamente o acabamento superficial da peça.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição em coquilha metálicaFundição em coquilha metálica
Capacidades do processo de vazamento
Gama de ligas vazadas - Ligas de Al, Cu, Mg, Zn e ferro ligado.Pesos das peças vazadas - Ligas Al ≤ 70 Kg
Ligas Mg ≤ 25 KgFerro ligado ≤ 15 KgLigas Cu ≤ 10 Kg
Volume de produção e tempo construção das moldações –
�Moldações fundidas (por vazamento) de ferro fundido. �Moldações obtidas por corte por arranque de apara. t�<t�<t��Moldações em areia � Séries médias (500 a 5000)
Capacidade de fazer secções finas - 5 mm é um mínimo aceitável.Réplica de detalhes – Não muito boa quando comparada com a obtida com moldações cerâmicas.Acabamento superficial – Depende essencialmente do metal a ser vazado, entre 3µm e 6 µm.Furos obtidos por fundição – Com machos metálicos ≅ 6.5 mmPrecisão dimensional – tol = ± 0.25 mm (afastada da zona de apartação); dimensões mais críticas deverão ser obtidas por maquinagem.
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
Processo de fabrico de lingotes e barras perfiladas.
Pode ser feita na horizontal ou na vertical ( mais comum).
� Vazamento do metal líquido no dispositivo de fundição;
� Escoamento do metal por um tanque distribuidor ( “tundish”) para o molde de fundição;
� Vazamento num molde de bronze arrefecido a água;
� Retirada contínua do fundido do molde metálico;
� Remoção do calor adicional para solidificar o interior líquido do fundido através de um chuveiro de água;
� Corte em comprimento e remoção das secções do fundido.
Tundish
Molde de Fundição
Roletes
Sistema de corte
Fundição contínua vertical
Sequência de operações:
Metal
solidificado
Molde de bronzerefrigerado
Metal líquido
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
1.Metal líquido2.Bica de enchimento3.Forno de Alimentação4.Bico refractário5.Roletes de apoio6.Painel de comando7.Unidade de tracção8.Unidade de corte9.Unidade de quebra10.Barra cortada11.Entrada e saída de água12.Resfriador13.Barra fundida
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
Outros processos de fundição contínuaOutros processos de fundição contínua
Fundição de arrefecimento directo (processo principal para metais leves)
Fundição Propezi
Fundição Southwire (recentemente aplicado na produção de barra de aço)
Fundição Hazelett
Fundição
de metais não
fer
roso
s
( Alumínio e cob
re)
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Fundição contínua em moldes metálicosFundição contínua em moldes metálicos
Vantagens
• Maior Produtividade
• Uniformidade do produto
• Menor consumo energético
• Redução de mão-de-obra
• Melhor qualidade do produto
Tecnologias de Produção ------------------------------------------
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Processo de vazamento “Griffin” Processo de vazamento “Griffin”
Processo de fundição em moldes, maquinados, de grafite. O enchimento do molde é conseguido por pressurização de ar numa câmara.
Metal fundido
Válvula de
bloqueio
Câmara pressurizada
Tuborefractário
de vazamento
� Produção da moldação.� Pintura da moldação. � Colocação da caixa de moldação sobre caixa de pressurização.� Pressurização da câmara para enchimento da moldação.� Fecho da válvula de bloqueio.� Despressurização da câmara.� Retirada da caixa de moldação para posterior arrefecimento.
Etapas do processoEtapas do processo
Silicato de EtiloSílica coloidal
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Processos de fundição com moldações permanentesProcessos de fundição com moldações permanentes
Processo de vazamento “Griffin” Processo de vazamento “Griffin”
Vantagens
Processo altamente automatizado.Excelente acabamento das peças (menor possibilidade de entrarem impurezas).Processo utilizado para produzir peças ferrosas de peso superior aos 400 kg.Produção de peças com tolerâncias mais apertadas do que as obtidas com
moldações em areia.Obtenção de peças com elevada resistência ao desgaste.
Desvantagens
Desvaste inaceitável no molde quando o vazamento é sob gravidade (Grafite sobre erosão)
� Câmara pressurizadaRodas para comboios
Exemplo de peças obtidas por este processo
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Análise de defeitos de FundiçãoAnálise de defeitos de Fundição
Classificação dos defeitos de fundição de acordo com o Comité Internacional das associações técnicas de fundição:
Classe
A- Excrescências Metálicas
B- Cavidades
C- Soluções de continuidade
D- Defeitos de superfície
E- Formas incompletas/mal cheias
F- Dimensões ou formas incorrectas
G- Inclusões metálicas ou anomalias estruturais
Grupo
Rebarbas, fendas no molde, macho deslocado ou partido
Poros, novelos, rechupes
Fracturas a quente, fracturas a frio, fendas (rachadelas),
mal ligado
Rugosidade
Enchimento incompleto ou interrompido, saída de metal para fora do molde
Empenos, dimensões incorrectas,desencontros
Inclusões metálicas e não metálicas
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Análise de defeitos de FundiçãoAnálise de defeitos de Fundição
Sistematização do estudo da situação com o objectivo de facilitar o diagnóstico:
1º) Descrever correcta e completamente o problema surgido nas peças em causa.
2º) Verificar se a descrição anterior inclui todos os factos importantes relacionados com os defeitos através de perguntas sobre os mesmos:
Onde aparecem?
Porque aparecem?
Deficiências do traçado das peças? e/ou
Deficiências dos processos e técnicas? e/ou
Deficiências da aplicação desses processos e técnicas?
Quando, como e quantas vezes aparecem?
3º) Ensaiar solução correctiva
4º) Actuar no caso de diagnóstico correcto
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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade
Fig.1- Peça com macho partido durante o vazamento
Defeito: Macho Partido ou Deslocado
Causas:
• Colocação deficiente do macho
• Mau dimensionamento do macho
• Movimentação do macho após fecho da coquilha
• Areia mal preparada
• Rebarbagem elevada
Correcções:
• Colocação correcta do macho
• Dimensionamento e localização correcta dos impressos do macho
• Verificar % de resina, catalisador e conservante
• Verificar rebarbagem
• Verificar dimensões do macho e cavidade
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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade
Fig.2- Peça mal ligada
Defeito: Mal ligado
Causas:• Vazamento interrompido
• Temperatura baixa
• Sistema de gitagem desiquilibrado
• Temperatura de coquilha demasiado baixa
• Solidificação prematura
• Película de alumina interposta no metal
• Respiros insuficientes
Correcções:• Assegurar vazamento contínuo
• Elevar temperatura de vazamento
• Aumentar velocidade de enchimento
• Modificar sistema de gitagem
• Menor arrefecimento da coquilha
• Pintar a zona do defeito com um produto mais concentrado
• Verificar dimensionamento dos respiros
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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade
Fig.3- Peça com rugosidade ( gitagem incorrecta )
Defeito: Rugosidade
Causas:• Sistema de gitagem
• Reacção metal/molde, promovida por T ↑
• Desagregação da areia dos machos
• Enchimento turbulento
• Falta de pintura no macho
• Verificar pintura da coquilha
Correcções:• Rever localização, forma, secção e nº de ataques
• Diminuir temperatura de vazamento
• Colocação cuidada do macho e fecho da coquilha evitando desagregação de areias
• Encher com o mínimo de turbulência
• Alterar sistema de vazamento
• Pintar machos nas zonas afectadas ( rug. interior)
• Implementar pintura mais espessa na coquilha
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Análise de defeitos de fundição de latão em coquilha por gravidade
Fig.4- Peça com mau enchimento ( deficiente alimentação )
Defeito: Mau enchimento
Causas:• Vazamento a T ↓
• Sist. gitagem mal concebido/dimens.
• Respiros insuficientes
• Ataques muito finos
• Coquilha demasiado fria
• Pintura muito fina
• Composição errónea da liga
• Vazamento muito lento
• Espessura da peça muito fina
Correcções:• Elevar temperatura de vazamento
• Modificar ou dimensionar o sistema de gitagem
• Aumentar o nº de respiros, ataques ou a sua secção
• Prolongar duração de solidificação com um metal ou uma coquilha mais quente
• Pintura mais espessa
• Composição apropriada da liga
• Implementar pintura mais espessa na coquilha
•Aumentar velocidade de vazamento
•Rever traçado da peça
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Fig. 5- Peça com rechupe
Defeito: Rechupe
Correcções:• Melhoria do traçado da peça eliminando massas isoladas
• Promover solidificação dirigida
• Modificar sistema de alimentação
• Vazar à temperatura mais baixa possível
• Verificar pintura da coquilha
• Pintar machos na zona do defeito
• Aumentar respiros
• Verificar composição da liga
Causas:• Massas isoladas
• Mau traçado da peça
• Contracção na solidificação
• Temperatura elevada
• Pressão gasosa
• Películas de alumina na alimentação da peça
•Má repartição da pintura
• Composição da liga
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Fig.6- Peça com poros
Defeito: Poros/Novelos
Correcções:
• Rectificar sist. gitagem para ↓ turbulência
• Aumentar nº ou dimensão dos respiros localizando-os correctamente
• Controlar humidade
• Desgaseificar correctamente metal líquido
• Proteger metal líq. de gases contaminantes
• Secar as colheres de vazamento
• Verificar humidade do revest. do forno
Causas:
• Arrastamento de ar no vazamento, por turbulência
• Respiros insuficientes e/ou ↓ permeab. dos machos
• Reacção metal/molde ou metal/macho
• Presença de humidade nas pinturas ou machos
• Teor em gases dissolvidos no metal líquido muito elevado
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Fig.7- Peça com excesso de grafite
Defeito: Inclusões de Grafite
Correcções:• Preparar novo banho
• Utilizar somente água destilada
• Diluir o banho com água destilada
• Decapar completamente a coquilha
• Quando efectuar a pintura verificar se a coquilha tem uma T≅ 125 ºC ( máx. 150 º C )
• Periodicamente limpar as tinas de aglomerantes de grafite em pasta
• Mexer frequentemente o banho
Causas:
• Emprego de um banho de pintura muito “ velho “
• Depósito de pintura depois de cada arrefecimento demasiado espesso - banho demasiado concentrado
• Sujidade da peça devido a óxido de zinco
• Banho mal diluído
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Fig.8- Peça com rachadelas ( choque térmico )
Defeito: Rachadelas
Correcções:
• Pintura mais espessa da coquilha
• Rever traçado da peça
• Baixar temp. vazamento
• Verificar adições de refinador de grão
• Verificar T coquilha ( ≅ 125 ºC - máx 150 ºC )
• Teor de estanho entre 0,2 a 0,6% ( promotor de fragilidade intergranular )
• Facilitar contracção da peça
• Desmoldar o mais tarde possível após vazamento
Causas:• Choque térmico
• Peças mal concebidas
• Temp. de vazam. demasiado alta
• Teor em Zn ↑ e refinador de baixo ↓
• Temp. coquilha não homogénea
•Verificar teores de eltos residuais ( Sn)
•Contracção dificultada
•Desmodagem rápida da peça
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Fig. 9- Peça com rebarbas ( empeno da coquilha )
Defeito: Rebarbas
Correcções:
• Controlar dimensionalmente os machos
• Ajustar coquilha e macho
• Aumentar espessura das paredes da coquilha de forma a reduzir os empenos
Causas:
• Folga entre as duas partes da coquilha ou entre a coquilha e macho
• Empeno da coquilha
• Deformação da superfície de apartação
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Fig. 10 - Peça com rachadela a quente ( não refinamento de grão)
Defeito: Fracturas a Quente ( Superfície de fractura oxidada)
Correcções:
• Escolha adequada da composição da liga
• Adicionar refinador de grão
• Melhoria do traçado da peça
•Correcção de sistema de gitagem de vazamento e alimentação
•Baixar temp. de vazamento ( se possível )
•usar machos de mais fácil desagregação
•Desmoldar mais tardiamente a peça
Causas:• Composição química do metal
•Tamanho de grão não refinado
•Traçado incorrecto da peça
•Sistema de gitagem de vazamamento e alimentação incorrecto
•Temp. de vazamamento muito↑
•Molde rígido
•Desmoldação prematura
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Fig. 11 - Peça com caudas de cometa ( presença de óxido de ferro)
Defeito: Inclusões Metálicas Caudas de cometa
Correcções:
• Ensaio rápido de polimento sobre uma amostra aleatória dos lingotes de cada lote
• Após polimento aplicar um papel de filtro impregnado numa solução própria que ao aderir à superfície da peça ( ≅ 5 -15 min ) acusará ou não a presença de óxidos de ferro
Causas:• Presença de ferro oxidado
•Existência de pontos duros durante o polimento
•Fabrico da liga incorrecta
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Fig. 12 - Peça refervida ( coquilha húmida )
Defeito: Refervido
Correcções:
• Baixar temperatura quanto possível
• Deixar secar pintura dos machos
•evitar colocar machos em ambientes húmidos
•Eliminar humidade da coquilha
Causas:
• Temperatura de vazamento demasiado alta
• Machos húmidos ( pintura fresca )
• Coquilha húmida
•Humidade ambiente
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Fig. 13 - Peça com inclusões de areia ( má compactação dos machos)
Defeito: Inclusões de areia
Correcções:
• Melhorar condições de confecção de machos
•Corrigir sist. de gitagem de vazam. e alimentação evitando curvas apertadas, arestas, mudanças bruscas de direcção ou projecções de metal contra as paredes do macho
•Pintar macho na zona afectada
•controlar temperatura de cozimento
•Incluir respiros de gases nas caixas de machos
Causas:
• Desprendimento da areia de machos
• Escoamento turbulento do fluxo de metal
• Machos mal cozidos
• Ausência de respiros nas caixas de machos
Peça com machos bem compactados
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Fracturas a Frio ( superfície de fractura não oxidada)
Correcções:
• Cuidados acrescidos na desmoldagem e no corte dos gitos
• Tratamento térmico de estabilização
Causas:
• Choques nas operações posteriores ao arrefecimento
•Tensões internas
Inclusões de óxidos
Correcções:
• Se teor de Al correcto adicionar 10 g de Mg para 100 Kg de liga
• Baixar temperatura de vazamento
•Limpeza eficiente das coquilhas e colheres
Causas:
• Teor de Al e/ou Mg insuficiente
•Temp. de vazamento demasiado alta
•Limpeza insuficiente da coquilha ou colheres
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Fendas de rechupe
Correcções:
• Vazar a temperatura mais baixa
•Alimentar eficientemente a peça
•Actuar sobre a composição da liga
•Baixar teor de impurezas ( Sn e Fe )
Causas:
• Contracção no estado líquido
•Cristalização bruscamente interrompida por falta de liga líquida
Empenos
Correcções:
• Aumentar espessura da parede da coquilha
• Vazar à mais baixa temperatura possível
•Sistema de fecho mais eficiente
•Utilizar material com melhor comportamento térmico para o fabrico das coquilhas
Causas:
• Distribuição desigual de calor na coquilha
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