fundição em areia

fundição em areia

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A fundição em areia é um dos principais métodos para obtenção de peças fundidas, sua grande utilização deve-se ao seu custo relativamente baixo e manufatura simples.

Faz-se necessário, para inicio de estudo, o conhecimento sobre os principais componentes para obtenção de fundidos: o molde, o modelo e o macho.

O modelo é uma copia da peça que se deseja obter, pode ser fabricado em metal (alumínio e aço na maioria dos casos), madeira (cedro, pinho, compensado entre outros) e resinas do tipo epóxi. Sendo mais utilizados modelos em madeira pelo baixo custo e facilidade de trabalho, sendo agravantes à sua utilização as deformações com o tempo por umidade e mudanças de temperatura.

A construção de modelos deve respeitar regras que garantem a qualidade dos fundidos. Isto depende em que, o mesmo será empregado, tendo variações de acabamento superficial, resistência mecânica, tolerância dimensional, necessidade ou não de emprego de maquinas para acabamento.

Começando pelo acabamento superficial o molde deve conservar uma superfície lisa e livre de impurezas para que seu acabamento seja o melhor possível, para isto podem ser empregadas tintas, tanto para a melhora do acabamento como para que impeça que a areia adira ao modelo.

Tolerância dimensional o modelo deve ser construído de tal forma que a cavidade resultante no molde compense a contração do metal. Essa contração é comum a todos os metais, porém as porcentagens são diferentes, assim é necessário um projeto de modelo para cada tipo de metal.

O emprego de ferramentas para acabamento após a fundição pode ou não ser empregado, dependendo do uso pode-se melhorar o acabamento utilizando-se modelos metálicos, porém este é um parâmetro de projeto que pode ser dispensado caso a maquinação seja indispensável para conclusão do trabalho.

Um bom projeto de modelo é de extrema importância na qualidade de fundidos e deve ser sempre considerada sua forma, já que areia tem limitações quanto a sua resistência mecânica.

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Tabela 1: Características de alguns materiais utilizados na fabricação de moldelos.

O molde representa a cavidade em que o metal será vazado, ou seja, constitui o “negativo” da peça produzida. O molde é fabricado a partir do modelo que na maioria dos processos é colocado em uma caixa de moldagem onde é inserida e compactada a areia. O método mais comum para a produção é utilizando-se um modelo bipartido e duas caixas de moldagem, mas pode variar conforme a complexidade da peça ou outros parâmetros do projeto.

O macho é responsável pelos furos e reentrâncias no interior da peça, geralmente é fabricado em areia porem há no mercado alguns materiais refratários alternativos. As propriedades requeridas pelo macho são semelhantes às requeridas pelos moldes e será especificada a frente já que dependem das areias.

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Figura 1: Seqüência de fabricação de um molde

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Há diversos tipos de areia que podem ser empregadas na fundição, entre elas destacam-se: Sílica (óxido de silício - SiO2); Cromita (FeOCr2O3); Zirconita (silicato de zircônio – ZrO2SiO2); Areia base olivina – Forsterita (2MgO. SiO2) e faialita (2FeO.

SiO2); e areia base Chamote. A areia é de vital importância para obter-se um fundido de qualidade, pois é desta que será feito os moldes, machos e canais. Sendo assim as areias necessitam de uma série de propriedades para a melhora da qualidade do produto. Sendo elas:

Refratariedade: A areia deve resistir ao calor o máximo possível a fim de não se fundir com facilidade, causando assim penetração no metal. Quanto mais elevado for o ponto de fusão de uma areia melhor será sua refratariedade.

Permeabilidade: Esta propriedade é requerida para que os gases resultantes da entrada do metal no molde e de desprendimentos durante o resfriamento sejam expulsos. Pode ser adquirida observando-se a granulometria da areia, onde um maior diâmetro dos grãos representa maior permeabilidade, porém causa perda de qualidade no acabamento superficial das peças. Na tabela abaixo são exemplificados outros fatores que influenciam na permeabilidade.

Fatores que influenciam Influência na permeabilidade Areia mais adequada

Presença de finos Diminui a permeabilidade AN101SE

Tamanho de grão maior Aumenta a permeabilidade AN101SE

Presença de argila Diminui a permeabilidade AN153SE

Alta concentração granulométrica Aumenta a permeabilidade AN107SE

Umidade da areia-base Aumenta a permeabilidade até um ponto ótimo de água Não existe variação

Grãos redondos e subangulares Aumenta a permeabilidade Não existe variação

Maior tempo de mistura de aglomerante Aumenta a permeabilidade Não existe variação

Alto grau de compressão (socagem) Diminui a permeabilidade Não existe variação

Tabela 2: Resumo dos fatores que mais influenciam na permeabilidade.

Escoabilidade: Capacidade de escoamento dos grãos de modo que a areia tome a forma do modelo e reaja à ação de forças externas.

Plasticidade: É um efeito que gera compactação plástica da areia para permitir a extração do modelo e colocação dos machos, sem que ocorra colapso do molde.

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Dilatação: A maioria dos materiais expandem com determinado aumento de temperatura, a areia não é diferente, porem isto deve ser observado para que não cause problemas ao fundido. Esta dilatação é responsável por vários defeitos de forma e dimensão em peças vazadas, tais defeitos podem ser evitados escolhendo um determinado tipo de areia para a temperatura em que será derramado o metal.Como pode ser visto no gráfico abaixo.

Figura 2: Representação gráfica da dilatação de areias de moldagem.

Inércia química: Propriedade que deve atuar para minimizar/extinguir reações entre o molde e o metal líquido.

Com base nestas e em outras propriedades é possível selecionar corretamente a melhor areia para obter um resultado final satisfatório e aplicável.

Para muitas das propriedades acima citadas sua intensificação é conseguida a partir de outros componentes como os aglomerantes.

Segundo Gloria Soares (2000, p.18), aglomerantes “são materiais que envolvendo e ligando entre si os grãos conferem à areia, após a compactação, secagem ou reação química, as características necessárias ao processo de moldagem, isto é, resistência às solicitações dinâmicas, estáticas e térmicas provocadas pelo metal fundido”.

As propriedades da areia de fundição são determinadas em função das quantidades e tipos de aglomerantes e dos aditivos usados.

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Os processos de fundição são de grande destaque na indústria, pois proporcionam a fabricação de peças que praticamente não necessitam de acabamento final. Dentre estes a fundição em areia destaca-se pela sua qualidade e baixo custo de aplicação. Além disso, a fundição proporciona a fabricação de peças complexas que dificilmente seriam conseguidas por outro processo. Os processos mais comuns para produção de peças em areia são:

Processo de moldagem em areia verde.

Processo de moldagem em areia seca.

Processo de moldagem CO2/Silicato. Processo de moldagem Shell –Moulding.

A fundição em areia verde é caracterizada pela sua composição. Em termos gerais a areia verde é composta por: areia base (sílica - mais comum); argila (bentonita); água e aditivos (pó de carvão, pó de madeira, amido, etc.). Em termos de porcentagem a areia constitui uma mistura de aproximadamente 75% de areia silicosa, 20% de argila e 5% de água, esta é uma composição média e pode variar conforme o tipo de argila ou areia utilizada.

Neste processo a areia mantém sua umidade original dispensando a utilização de estufas por isso o nome “areia verde”. São utilizados misturadores para homogeneizar a mistura, sendo todos os componentes secos misturados primeiro e depois se acrescenta a água.

Os moldes podem ser preparados manualmente com soquetes ou por emprego de maquinas de compressão, impacto, vibração ou projeção centrífuga. A areia utilizada pode, em grande parte, ser reutilizada necessitando apenas de um processo para retirada de impurezas, como partes metálicas.

Este processo, como todos os outros, apresenta vantagens e desvantagens.

Vantagens: adapta-se a grandes e pequenas séries, a tecnologia pode ser usada para metais ferrosos e não ferrosos, fácil desmoldagem, não requer uso de equipamentos especiais, baixo custo.

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