Processo de Moldagem e Fundição em Areia Verde

ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO

Grupo 2

Processos de Fabricação I Processo de Moldagem e Fundição em Areia Verde

Joaquim F. N. Jardim 250080601 Gustavo M. R. Kobayashi 250080574 Conrado A. Laperuta 250080569 Fernando Fischer 250080578 Marcos Aníbal Da Cunha 250080587 Leonardo Fenato Mariani 264080580 Silvio Alcantara de Almeida 250080592 Prof. Antonio Fernando Godoy

Relatório da Aula Prática de Fundição da Disciplina Processos de Fabricação I Escola de Engenharia de Piracicaba 2

1. Objetivos

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2. Introdução

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2.1 Processo de Fundição em Areia Seca

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2.2 Processo de Fundição em Cera Perdida

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3. Descrição da Prática

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3.1 Materiais Utilizados

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3.2 Método

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4. Apresentação dos Resultados

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5. Análise dos Resultado

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6. Questões

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7. Conclusão

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Lista de Fíguras

Figura 2.1 – Processo de Fundição em Cera Perdida

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Figura 4.1 – Peça Após Desmolde

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1. Objetivos -

Mostrar ao aluno todo o processo de preparação da areia de fundição (areia, aglomerante e aditivo), e no caso do processo

areia verde, o teor de umidade

adequado; -

Dar uma noção sobre todos os cuidados durante o processo de moldagem, como caixas de fundição, compactação, marcação/posicionamento, impregnação da areia, entre outras.

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Passar também aos alunos os cuidados e as técnicas com a compactação, previsão de canais de vazamento, descida, distribuição e ataque, além dos canais alimentadores (massalotes);

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Apresentar aos alunos todo o procedimento quanto a retirada da peça após vazamento e solidificação.

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Mostrar ao aluno como é feito o vazamento do metal líquido;

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Os alunos deverão observar os procedimentos para se obter um bom fundido;

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O posicionamento dos canais de vazamento, alimentadores e canais auxiliares, deverão seguir a característica de cada peça;

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Novamente, a questão da segurança será tratada com os alunos, principalmente em relação ao vazamento do metal e a retirada da escória.

2. Introdução 2.1 Processo de Fundição em Areia Seca

O processo em areia seca se parece muito com o processo de fundição em areia verde, o que os difere, basicamente, é o fato de que em um dos casos a areia é levada para uma estufa a cerca de 150ºC a 300ºC para que possa ser feita a secagem. O molde deve satisfazer algumas propriedades, tais como: Maior resistência mecânica para suportar a pressão do metal líquido despejado; geração de poucos gases, para impedir a erosão do molde e conseqüente contaminação do metal; maior estabilidade; e um melhor acabamento das peças fundidas. O recipiente utilizado para a confecção do molde é chamado “caixa de moldagem”. Para se produzir o molde, coloca-se a peça modelo dentro da caixa de moldagem e a mesma é preenchida com areia peneirada, previamente preparada com aditivos orgânicos a fim de melhorar suas características. 5

Gradativamente, a areia é colocada e compactada. Preenchido o molde, a superfície deve ser nivelada. Polvilha-se esta superfície com areia de separação e em seguida faz-se a preparação da caixa de moldagem superior. Uma nova caixa deve ser posicionada sobre a caixa anterior, onde se posicionam bastões para criação dos canais de enchimento e dos massalotes. Preenche-se e compacta-se esta caixa da mesma forma anterior. Abre-se a caixa de moldagem e retira-se o molde, deixando um espaço para que se possa vazar o metal líquido. Depois de pronto, o molde deve ser seco em estufas apropriadas, à temperaturas que variam de 150º à 300ºC. Com o molde já pronto, é possível vazar o metal.

2.2 Processo de Fundição em Cera Perdida

O processo de fundição por cera perdida, também conhecido com processo de microfusão, é o processo mais antigo que se tem conhecimento, pesquisas arqueológicas sugerem que esse processo surgiu na Idade do Bronze, cerca de 4.000 anos a.C., uma vez que foram encontrado objetos produzidos por esse método na tumba de Tutankamon. Esse processo é usado na produção de peças metálicas, no qual pode-se usar várias ligas diferentes. É uma forma econômica de se fabricar componentes de precisão dimensional e com impecável acabamento superficial, reduzindo ou até mesmo eliminando operações de usinagem. A fabricação de peças pelo processo de cera perdida pode ser dividida em 8 etapas. - INJEÇÃO: A cera, geralmente de abelha, é injetada em moldes metálicos, gerando um modelo semelhante ao da peça desejada. - REBARBAGEM: Para garantir a fidelidade do molde, é necessário rebarbá-lo, ou seja, retirar toda sãs finas arestas que restaram do molde, proporcionando um melhor acabamento do modelo. - MONTAGEM DOS CACHOS: Os moldes ainda em cera são, por um processo térmico, fixados à um caule também de cera, dando um aspecto de cachos ou árvores. - REVESTIMENTO CERÂMICO: Os moldes montados em cachos recebem várias camadas de material cerâmico refratário. - DECERAGEM: Após todo o revestimento com metal cerâmico, os moldes vão para um forno, onde a cera é derretida e vazada, gerando as cavidades dos moldes. 6

- CALCINAÇÃO: Após o vazamento da cera, os moldes são levados a fornos com altas temperaturas, aumentando a resistência do molde, para que o mesmo não trinque durante o vazamento do metal. - FUSÃO: Após a calcinação, os moldes são envasados com o metal líquido, que por gravidade vaza por todo o molde, formando peças brutas unidas pelo canal. - ACABAMENTO: Nessa etapa as peças são separadas do canal e recebem acabamento (tratamento térmica, jateamento, polimento).

Figura 2.2 – Processo de Fundição em Cera Perdida

3. Descrição da Prática 3.1 Materiais Utilizados

- Tambores para armazenamento da areia; - Caixas de fundição; - Instrumentos de compactação; - Modelos de peças quaisquer; - Forno elétrico; - Cadinho para fusão do metal; - Pinças; - Areia de fundição (areia silicosa, aglomerantes, aditivos e água); - Tarugos e sucatas de Zamak.

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3.2 Método

Para se começar o processo de fundição em areia verde, primeiramente foi preciso escolher a liga metálica que seria fundida, para que assim começasse a fabricação da areia com suas devidas propriedades. O material usado foi o Zamak, uma liga de Zinco, Alumínio, Magnésio e Potássio. A areia verde utilizada na modelagem consista de uma areia Silicosa, junto com aglomerantes e aditivos que, no nosso caso, foi utilizado Bentonita (argila) e Mogul (farinha de milho gelanitizada) respectivamente, e o mais importante e o que dá o nome de areia verde, água. Com a areia já produzida, escolheu-se um modelo, de madeira, para que pudesse ser gerado um molde. O molde foi colocado no centro da caixa de areia, denominada “caixa de moldagem”, que serve para dar sustentação mecânica à confecção do molde e suportar o peso do metal líquido durante a fundição. Em seguida foi colocado areia verde por cima, certificando que ela estivesse bem compactada, eliminando as chances de se obter um molde ruim. Preenchido o molde, a superfície deve ser nivelada. Polvilha-se esta superfície com areia de separação e em seguida faz-se a preparação da caixa de moldagem superior. Após isso, foi encaixado uma outra caixa de modelagem por cima, para que pudesse ser feito os canais de fundição. Para a peça produzida, foi feito apenas o canal de vazamento com o auxilio de um pedaço cilíndrico de madeira. E novamente foi colocado areia por cima e compactado bem. O cilindro de madeira foi retirado com cuidado, para evitar que a areia desmoronasse. Em seguida, esse encaixe foi retirado e, com o auxílio de uma espátula foi construído um canal de distribuição, que posteriormente irá alimentar o molde com o metal líquido. Após todo esse procedimento, as duas caixas foram encaixadas novamente permitindo o início do processo de vazamento do metal. O molde então foi levado para uma “caixa” contendo terra, apenas para segurança do vazamento. A liga de Zamak que já estava no forno, ao atingir uma faixa de 450ºC a 500ºC se encontrava no estado líquido, ou seja, pronto para ser vazado. Então com uma pinça e com todo o material de segurança (luvas e macacão refratário), a panela de vazamento foi retirada do forno e, como uma “concha”, foi retirada as escórias. Vazou-se o metal líquido dentro do canal de vazamento e esperou entre 5 min a 10 min até que o mesmo se solidificasse.

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Após esse procedimento, a peça foi desmoldada através de algumas pancadas. Com cuidado a peça foi levada para uma pia, para acelerar um pouco mais o resfriamento e retirar os restos de areia. Obtendo a peça desejada.

4. Apresentação dos Resultados Após esperar pelo resfriamento do metal e a sua retirada do molde de areia verde, obteve-se a peça com um defeito perto do canal do massalote na parte superior da peça. Pode ser observado na Figura 4.1 a peça após ser desmolde.

Figura 4.1 – Peça Após Desmolde

5. Análise dos Resultados Ao retirarmos a peça solidificada de dentro do molde verificamos que a mesma apresentou falha de material (rechupe), isso pode ter ocorrido devido a vários fatores. Massalote mal dimencionado →ira causar um rechupe ou vazio de contração na peça Temperatura do metal liquido a ser vazado: se for muito baixa, a peça sairá com falhas; se for muito alta, irá provocar sinterização de areia nas peça. A não utilização de respiro →São canais para saída do ar e dos gases de combustão da resina da areia durante o vazamento do metal no molde.

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6. Questões 6.1 Quais são os elementos (componentes) usados na composição das areias de fundição? Cite 02 exemplos de cada um.

A areia utilizada na fundição é uma mistura de areia, aglomerantes, aditivos e água para dar liga. Sua porcentagem depende do tipo de liga a ser fundida, como, por exemplo, em uma liga não ferrosa, que possibilita o uso de uma porcentagem maior de água e aglomerante do que em uma liga ferrosa. A areia utilizada pode silicosa ou de quartzo, os aglomerantes podem ser Bentonita Cálcica ou Sódica, e os aditivos podem ser pó de madeira, farinha de milho gelatinizada.

6.2 Cite 05 propriedades que a areia de fundição deve proporcionar para se obter um bom fundido.

A areia de fundição deve apresentar, entre outras, as propriedades de moldabilidade, refratariedade, plasticidade, resistência e permeabilidade para a obtenção de um bom fundido. Moldabilidade: é a capacidade de compactação com pouco esforço, dependendo do teor de aglomerante, tamanho dos grãos e a umidade. Refratariedade: é a capacidade de resistir a fusão e ao amolecimento, que causariam a alteração ou até destruição do molde. Depende do teor de argila, tamanho dos grãos e a porcentagem de impurezas com baixo ponto de fusão. Plasticidade: é a capacidade de, com a aplicação de forças externas, se deformar elasticamente, retornando ao formato/posição inicial quando as forças são retiradas. Importante para a retirada do modelo e colocação dos machos. Resistência: ao ser retirado o modelo após a compactação, a areia deve manter-se sem quebra com o manuseio da caixa e a vazão do metal liquido. Permeabilidade: durante o vazamento do líquido, são formados gases, principalmente da água presente na areia, de modo que, para evitar a ruína da caixa, os gases devem ser capazes de escapar.

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6.3 O que são canais de fundição. Cite 04 exemplos e a função de cada um.

Canais de fundição são os canais que fazem o controle do enchimento do molde e resfriamento da peça, de modo a evitar defeitos durante a solidificação. Podem ser citados os canais de respiro, vazamento, massalote e e distribuição. Canais de Respiro: são canais feitos para o escape do ar durante o despejo do fundido e gases durante o resfriamento. Canais de Vazamento: são os canais pelos quais o fundido será despejado. Massalote: durante o resfriamento do metal, ele sofre dilatação térmica, podendo apresentar rechupes ou dimensões menores das desejadas em projeto. Os massalotes são reservatórios de metal, postos em lugares estratégicos de modo que durante o resfriamento a dilatação seja compensada com o fornecimento de metal ainda líquido. Canais de distribuição: o metal líquido é despejado pelo canal de vazamento, que possui no final uma aprofundamento para quebrar a turbulência do despejo. O canal que faz a ligação do canal de vazamento ao molde é o canal de distribuição.

6.4 Quais os tipos de modelos que existem? Explique a função de cada um.

Os modelos são estruturas com o formato da peça a ser fundida. Podem ser feitos de madeira, isopor, cera e aço. Os modelos de madeira possibilitam uma qualidade boa para protótipos e peças com baixa produção, pois sua fabricação é relativamente mais barata. Os modelos em isopor possibilitam a fabricação de peças complexas, que não seriam possíveis ser retiradas da caixa de fundição. Os modelos de cera são utilizados quando se tem uma baixa produção que requerem um alto grau de de precisão. Os modelos de aço são utilizados quando se tem um alto grau de produção e que requerem um melhor acabamento superficial.

6.5 Quais os tipos de materiais usados no processo de fundição com areia verde? Dê exemplos de peças fabricadas por este processo.

No processo de fundição em areia verde podem ser utilizados vários tipos de materiais, tais como aço, ferro fundido, cobre, zinco, alumínio, magnésio e suas

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respectivas ligas. Pode-se fabricar peças como engrenagens, blocos de motores, mancais.

6.6 É possível automatizar o processo de fundição com areia verde. Se positivo, explique como é feito?

Não é possível a automatização do processo inteiro, pois este tipo de processo depende, em certos graus, da habilidade do operador. Pode-se utilizar esteiras para o transporte da areia até os misturadores para a preparação de areia, e peneiras, para eliminar contaminantes. Durante a fabricação do molde pode-se optar por uma prensa hidráulica para substituir a compactação manual feita pelo operador. No vazamento podese utilizar manipuladores para a retirada e despejo do metal líquido. Na quebra do molde pode-se utilizar esteiras vibratórias com peneiras, para separar a areia das peças.

6.7 Cite as vantagens de se utilizar a fundição na fabricação de uma peça qualquer?

O processo de fundição é um processo simples e econômico quando aplicado em larga escala de peças de dimensões pequenas e medias. Apropriado para a fabricação de peças de dimensões grandes, que não possibilitariam a fabricação através de processos convencionais como usinagem. Permite a fabricação de peças com características complexas, e dependendo do tipo de fundição utilizado, permite uma boa qualidade de acabamento.

7. Conclusão Verifica-se que, a peça em questão apresentou uma falha de fabricação, rechupe, mesmo com canal de massalote. Assim sendo percebe-se que, mesmo se tratando de uma peça simples não implica que o processo de fundição seja simples, o bom conhecimento dos parâmetros a serem utilizados e a técnica aplicada para confecção da forma são de extrema importância. Pode-se dizer que o objetivo foi alcançado, mostrar que mesmo o processo de fundição de uma peça simples exige bons conhecimentos do assunto.

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Bibliografia http://www.abal.org.br/aluminio/processos_fundicao.asp,

acessado

em

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de

Outubro de 2010.

Figura 2.1 Retirada do Site http://www.rioinox.com/index_arquivos/microfusao.htm

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