Projeto e memorial de cálculos para fundição em

Projeto e memorial de cálculos para fundição em

(Parte 1 de 5)

UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul

UERGS – Universidade Estadual do Rio Grande do Sul

DETEC – Departamento de Tecnologia DISCIPLINA – Fundição

Acadêmicos:

José Carlos S. Cavalheiro Marcelo Bataglin

Professor: Genaro Marcial Mamani Gilapa

Panambi, Março de 2008.

2 SUMÁRIO

3 LISTA DE FIGURAS

4 LISTA DE TABELAS

1 – OBJETIVO

O objetivo deste trabalho consiste na fundição de um martelo de bater carne em liga de alumínio em moldes de areia a partir de um modelo já existente de martelo em madeira.

Em função de já se ter o modelo pronto do martelo partiu-se diretamente para a preparação da areia e moldagem da caixa para a fundição a peça.

Os processos de moldagem e fundição da peça foram executados no Laboratório de

Soldagem da Unijuí. Para o aquecimento do alumínio foi utilizado um forno de têmpera, em função de não haver outro equipamento mais adequado.

O processo de fundição foi realizado pelos componentes do grupo de pesquisa e contou com o auxílio do professor da disciplina e colaboradores.

2 – INTRODUÇÃO

A indústria de fundição de alumínio brasileira ocupa destacada posição no mercado nacional. Devido às vantagens que este tipo de matéria-prima apresenta em relação a outros materiais, o uso do alumínio por parte das indústrias transformadoras vem merecendo destaque.

O processo de fundição pode ser entendido como a transformação do metal sólido em líquido, tornando possível assim seu escoamento em moldes com formatos previamente estabelecidos, dando o respectivo formato ao alumínio quando o mesmo se solidifica.

O objeto de estudo deste trabalho é um simples martelo de bater carne, mas através dele podemos realizar um vasto estudo sobre o processo de fundição do alumínio. Optou-se por usar um martelo já pronto e com suas dimensões finais, a fim de fazer uma análise inversa do processo, estabelecendo quais parâmetros são importantes para uma perfeita fundição.

Apresenta-se a seguir o memorial de cálculos e metodologia usados para a realização da fundição, bem como a análise dos resultados obtidos no desenvolvimento da parte prática de fabricação do molde e da própria fundição e vazamento do material, até a retirada da peça já semipronta do modelo.

3 – PROPOSTA DA PEÇA ESCOLHIDA

Propõe-se para o estudo da disciplina de fundição projetar e fundir um utensílio doméstico muito utilizado na cozinha. O Martelo de cozinha serve para bater alimentos como bifes, tornando-os mais macios. Os martelos têm, por vezes, uma dupla face, ou seja, de um lado servem para bater, e do outro se assemelham a um machado, que serve para cortar peças de carne com osso, por exemplo.

3.1 - Definição do Objeto: Martelo

Martelo (do latim medievo martellu, derivado das formas clássicas marculus ou martulus) é um instrumento usado para golpear objetos e possuindo, conforme o uso ao qual se destina, inúmeros tamanhos, formatos e materiais de composição, tendo todos a característica comum do formato, que consiste de um cabo ao qual se fixa a cabeça, através do alvado ou olho. Tem seu uso tão variado que vai do Direito à medicina; da carpintaria à indústria pesada; da escultura à borracharia, do esporte às manifestações culturais.

3.2 - História do Martelo

O martelo é uma das ferramentas mais primitivas já confeccionadas pelo homem.

Achados arqueológicos exibem formas primitivas, em diversos tipos de pedra, originalmente usadas diretamente, muitas delas trazem já indícios de que era usado algum tipo de cabo.

3.3 - Terminologia

• Alfeça (alfece, alfeço, alferça ou alferce) - é a peça de ferro ou aço utilizada para abrir o alvado; • Alvado ou olho - orifício onde o cabo é fixado.

• Cabo - local onde a ferramenta é segura. Sua finalidade é eliminar as vibrações do impacto, com a distância e desvio de direção.

• Cabeça - pode ser tanto o conjunto superior da ferramenta, como a parte rombuda desta;

• Malear - (adjetivo) relativo a martelo; (verbo) usar o martelo, distender o metal com marteladas.

• Orelha - Lado oposto da cabeça, que nalguns modelos é fendida, a fim de permitir sejam arrancados ou acertados os pregos ou cravos. • Unha - parte curva, terminada em gume, da orelha.

O uso do martelo chama-se martelação, martelagem ou martelamento; a ação diz-se martelar, martelejar ou malear; já aquele que usa tal instrumento é o martelador ou marteleiro.

3.4 - Física do Martelo

Um martelo é basicamente um amplificador de força que serve para converter o trabalho mecânico em energia cinética e pressão.

No movimento que precede cada pancada, uma certa quantidade de energia cinética é armazenada na cabeça do martelo, igual ao comprimento do movimento (D) com a força de impulso (f) produzida pelos músculos do braço, junto à força da gravidade.

Quando o martelo golpeia, sua cabeça é freada pela força oposta, que vem do objeto; esta é igual e oposta à força que a cabeça do instrumento exerce sobre o alvo. Se o objeto for rígido e maciço, ou se estiver posicionado sobre algum tipo de bigorna, sua cabeça irá percorrer apenas uma distância muito curta (d), antes de parar. Visto que a força de frenagem (F) ocorre num tempo e distância muito menor que aquela oriunda de f - F será bem maior em razão da diferença D/d. Desse modo, não é necessário usar-se muita energia para que se produza uma grande força de impacto, capaz de dobrar o ferro, ou quebrar a pedra mais dura.

3.5 - Efeito da Cabeça

A quantidade de energia liberada pelo golpe do martelo é equivalente à metade da sua massa vezes a velocidade ao quadrado, na hora do impacto. Enquanto a energia liberada no alvo multiplica-se linearmente pela massa, aumenta geometricamente com a velocidade (veja o efeito do cabo, mais abaixo).

Como os martelos devem ser usados em muitas circunstâncias, ocorre vezes em que a pessoa não possui espaço suficiente para empreender grande movimento ou força, essa troca de energia varia de acordo com a viabilidade. Obviamente, quando o martelador possui bastante espaço, e o martelo possui uma cabeça grande e longo cabo (como numa marreta), será aplicado o máximo de energia sobre o alvo. Como não se pode usar um equipamento de grandes dimensões, para alvos pequenos, o desenho do instrumento é adaptado para as muitas variações de uso e efeitos desejados. Materiais novos e inovações de formato foram introduzidas para a concepção dos martelos, com maior efeito amortecedor nos cabos e cabeças com ângulos diferentes, visando com isso facilitar o uso em relação aos modelos primitivos.

3.6 - Efeito do Cabo

O cabo do martelo ajuda de muitas formas. Mantém as mãos do usuário longe do ponto de impacto. Possui uma área grande, onde a mão pode segurar com segurança. Sua função mais importante, porém, é permitir seja imprimida uma maior velocidade a cada golpe. O empecilho maior ao comprimento do cabo é a falta de espaço que eventualmente ocorra, para se balançar o martelo. Por essa razão que as marretas, usadas em espaços abertos, pode ter um cabo mais longo do que o martelo de carpintaria. Outro empecilho existe, porém não tão evidente: quanto mais longo for o cabo menos precisa fica a mira para se acertar o alvo. Cabos maiores também cansam mais rapidamente, no uso sucessivo.

A maioria dos desenhos de cabos procura equilibrar precisão do golpe com aproveitamento máximo de energia. Em cabos muito longos: o martelo fica menos eficiente, pois a força nem sempre concentra-se no ponto correto do alvo. Cabos muito curtos: a ineficiência decorre de não ser possível aplicar-se maior força, exigindo mais golpes para se completar a tarefa.

3.7 - Principais tipos de Martelo

• Camartelo - é o martelo usado em canteiros de obras ou por pedreiros para desbastar pedras e tijolos, cujo formato de cabeça compõe-se de um lado agudo ou em gume com o outro rombudo (redondo ou quadrado). • Escoda - martelo dentado usado em cantaria.

• Estampa - martelo próprio de ferreiro.

• Maço - Martelo de madeira usado por carpinteiros, escultores, calceteiros. A madeira absorve parte do impacto, permitindo uma maior precisão nos ferimentos.

• Malho - Martelo grande, sem unha nem orelha, em geral cilíndrico, de ferro ou madeira. • Marra ou Marrão - grande martelo de ferro, usado para quebrar pedras.

• Marreta - grande e pesado martelo;

• Martelo de carpinteiro;

• Martelo de cozinha - instrumento usado para amaciar carne.

• Martelo de geologia - instrumento usado para a colheita de minerais.

• Martinete - Martelo grande e pesado, movido por água ou vapor, e utilizado para distender barras de ferro e malhar a frio o ferro ou o aço. • Mascoto - martelo grande, usado no fabrico de moedas.

• Picadeira - pequeno martelo, que tem o gume em ambos os lados da cabeça.

• Solinhadeira - martelo usado em mineração;

Figura 01 – Principais tipos de martelos.

3.8 - Ferramentas Análogas ou Derivadas

• Machado - seu nome significa "pequeno martelo"; alguns formatos desse instrumento contêm, até, uma lâmina de corte num dos lados, e ponta rombuda de martelo, na outra, sugerindo um formato híbrido; • Picareta - usada para furar ou cortar pedras ou solo compactado;

• Bate-estaca - na construção, é a ferramenta usada para cravar estacas ou pilastras no solo; neste caso o martelo bate sobre a cúfia, anteparo usado para a proteção da estaca.

• Maça - arma baseada na capacidade letal do martelo, e com o mesmo uso deste em sua forma bélica, na Idade Média. • Martelo (arma) - era uma das armas da cavalaria medieval.

3.9 - Usos Diversos

• Comunicação primitiva - Pesado martelo de madeira é usado pelos índios miranhas, para percurtir o cambariçu - primitivo instrumento de percussão, usado para a comunicação à distância.

• Na música o martelo pode ser usado como prolongamento da mão, fazendo percutir os instrumentos, como a timbila, em Moçambique, ou os tímpanos, nas campainhas.

• Escultura - o martelo é usado tanto diretamente sobre o material (como os metais), como para permitir os cortes do cinzel.

• Encadernação - O martelo próprio era usado em diversas atividades, tais como para dar a conformação encurvada nas capas dos livros.

• Esporte olímpico - a prova de lançamento de martelo é uma das provas olímpicas, recentemente também adotado na modalidade feminina.

• Os sinos podem ser percutidos internamente por badalos, mas é usual a percussão externa, feita com o martelo. • Na Medicina o martelo é usado para testes de reflexos.

• No Direito e nos leilões o martelo, todo em madeira, representa o sinal de alerta, respeito, ordem para silêncio ou, neste último, fechamento do negócio, quando percutido sobre uma base ou a própria mesa.

• Em borracharias, bem como para a verificação da pressão dos pneumáticos dos caminhões, um modelo de martelo emborrachado é utilizado.

3.10 - Cultura e Mitologia

O martelo é presente em todas as culturas, assumindo por vezes, nos povos mais antigos e dedicados à metalurgia, importante símbolo do domínio sobre o metal. O deus nórdico Thor era caracterizado pelos raios e seu martelo, chamado Mjolnir; figura parecida tinham os celtas, no deus Sucellus.

Em os tempos modernos, o martelo tornou-se o símbolo do operariado urbano (em contraponto à foice, que representa o camponês), sendo usado como sinalagma do Comunismo e, em face disso, adotado em bandeiras de vários países, como a da extinta União Soviética.

3.1 - Peças ou Componentes

• Em diversos instrumentos de corda o martelo é o nome de peças que tocam-nas, substituindo os dedos na percussão destas; isso ocorre no piano (onde o escapo o faz retornar ao local de repouso, após o toque), no cravo (quando recebe o nome de martinete), etc. Também na celesta existem pequenos martelos a percurtir as lâminas.

• Na tipografia, o martelo justificador (também chamado de bloco ou talão de justificação) é o nome usado para a peça usado para manter forçados para cima os tipos, forçando sua justificação.

4 – MATERIAL DA PEÇA: ALUMÍNIO

4.1 - Breve História

A história do alumínio está entre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais.

Uma das razões é o fato de não se encontrar alumínio em estado nativo, e sim a partir de processos químicos.

A bauxita, minério que deu origem à obtenção de alumínio, foi identificada pela primeira vez em 1821, na localidade de Les Baux, ao Sul da França, por Berthier. Naquela época, o alumínio ainda não era conhecido, pois só foi isolado em 1825 pelo químico Oersted. A primeira obtenção industrial do alumínio por via química foi realizada por Sainte-Claire Deville, em 06/02/1854.

O processo químico inicial utilizado por Deville - usando cloreto duplo de alumínio e sódio fundido, reduzindo-o com sódio - foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico por meio de corrente elétrica, descoberto por Paul Louis Toussaint Heroult (Normandia- França) e Charles Martin Hall (Ohio-Estados Unidos). Heroult e Hall, sem se conhecerem, inventaram ao mesmo tempo o procedimento de que marcou o início da produção do alumínio.

Antes do advento da indústria do alumínio, a bauxita usada no século passado era originária do Sul da França, do Norte da Irlanda e dos Estados Unidos, chegando a atingir 70 mil toneladas em 1900, dos quais apenas 40% eram destinados à produção do metal nãoferroso alumínio.

As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos Anais de 1928, da Escola de Minas de Ouro Preto. Já a primeira utilização desse minério para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, foi feita pela Elquisa, - hoje Alcan - em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial, que mais tarde participaria da consolidação da indústria no Brasil.

4.2 - O Início da Produção de Alumínio

O primeiro milhão de toneladas de produção anual de bauxita foi atingido em 1917, quase no fim da Primeira Guerra, quando a mineração havia se expandido para a Áustria, Hungria, Alemanha e Guiana Britânica, na América do Sul.

Na época da Segunda Guerra, por volta de 1943, os maiores produtores de bauxita eram os Estados Unidos, a Guiana Britânica, Hungria, Iugoslávia, Itália, Grécia, Rússia, Suriname, Guiana, Indonésia e Malásia.

Em 1952, a Jamaica iniciou intensa mineração de bauxita, ultrapassando o Suriname, por anos o maior produtor. Na década de 60, Austrália e Guiné juntaram-se a esse time.

4.3 - A Consolidação da Indústria no Brasil

No Brasil, duas iniciativas concorreram para implantar a produção de alumínio: a da

Elquisa - Eletro Química Brasileira S/A, de Ouro Preto (MG) e a da CBA - Companhia Brasileira Alumínio, de Mairinque (SP).

A Elquisa teve dificuldades de comercialização devido ao excesso de produção mundial de alumínio e somente em 1938, com o apoio do governo Vargas, começou em definitivo a produção do metal em Ouro Preto. A Elquisa foi adquiridapela Aluminium Limited do Canadá - Alcan, em Junho/1950.

A Alcan Alumínio do Brasil Ltda tornou-se assim a primeira empresa multinacional a participar do mercado brasileiro, produzindo não só o alumínio primário, como produtos transformados de alumínio.

A Companhia Brasileira de Alumínio - CBA, fundada em 1941, contava com as reservas de bauxita de Poços de Caldas, mas sua unidade industrial para a produção de alumínio primário acabou sendo localizada na área de Rodovelho, próxima de Sorocaba, onde a disponibilidade de energia elétrica e o combustível (lenha) eram mais abundantes. A empresa paulista foi uma das pioneiras que permaneceu até hoje.

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