01: Introdução

-Características do processo -Etapas envolvidas.

-Fatores econômicos e tecnológicos

-Ligas emprwegadas

02: Coquilhas e Máquinas Coquilhadeiras

-Coquilhas Manuais -Coquilhas movimentadas mecanicamente

-Máquinas coquilhadeiras –simples, de grande porte e com sistema de basculamento.

03: Projeto de Coquilhas

- Requisitos principais. -Fatores a serem considerados

-Materiais para os moldes.

-Aspectos construtivos dos moldes.

-Revestimento dos moldes.

-Temperaturas das coquilhas

Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica

Aula 10: Processos de Fundição em Moldes Metálicos por Gravidade (Coquilhas)

Fundição em Moldes Metálicos “Permanentes” por Gravidade.

•Processo que utiliza o vazamento do metal líquido por gravidade em molde metálico de duas ou mais partes

•Usado repetidamente para a produção de muitas peças.

•Os moldes utilizados são denominados “Coquilhas”

•As “Coquilhas” podem ser movimentadasmanualmente (quando de pequeno porte) ou mecanicamente usando-se Máquinas Coquilhadeiras.

Processos de Fabricação –Parte 2: Fundição Aula 10: Fundição em Coquilhas

1.O molde é pintado com pincel ou spray nas superfícies que entrarão em contato com o metal líquido (aquecidas a temperaturas na faixa de 120-2600C).

2. Machos, se usados, são inseridos, e o molde é fechado manual ou mecanicamente.

3Vazamento da liga e enchimento do molde.
4Após solidificação da peça: abertura do molde e extração

dos machos

5. Remoção dos canais e massalotes e operações de acabamento das peças.

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Características das peças obtidas: –Melhor Acabamento Superficial.

–Maior Precisão Dimensional.

–Propriedades Mecânicas Superiores.

–Estrutura com grão mais finos em comparação com as peças fundidas em areia.

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Molde = Coquilha: pode produzir de 10.0 até 120.0 peças

–tamanho e complexidade da peça

–liga utilizada

Fatores que influenciam na vida útil de uma coquilha:

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Fatores Econômicos

•Processo que envolve um alto custo inicial.

⇓ Máquina Coquilhadeira + Moldes

•No caso da necessidade de utilização de Machos:

•Desejável e mais econômico o uso de machos de aço para formar as cavidades das peças.

•Quando a peça possui detalhes e reentrâncias que não permitem a extração dos machos metálicos, se faz necessário o uso de machos de areia.

⇒Molde Semi-Permanente

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Em que situações se justifica a utilização do processo?

•Quantidade de peças a produzir é alta (entre 400 a 5000 unidades)

•Altas produções.

•Mão de obra menos especializada.

•Redução no peso da peça.

•Redução na usinagem

•Melhor acabamento.

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Fatores Econômicos

Fatores Tecnológicos: •Normalmente são produzidas peças entre 10 e 50Kg.

•Peças grandes e complexas dificultam o manejo do molde e necessitam grande número de machos.

⇓ Opção pela utilização de Moldes de Areia.

Peso

Máximo por Liga

Ligas de Alumínio = 14Kg Ligas de Cobre = 10 Kg Ligas de Ferro = 50 Kg

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•Ligas Utilizadas: Ligas de Alumínio

•Formam óxidos que promovem enchimento lento.

•Possuem grande contração ⇒Necessidade de Massalotes

•As peças podem se deformar na extração devido a alta temperatura.

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•Ligas Utilizadas: Ligas de Magnésio

• Extremamente oxidáveis.

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•Ligas Utilizadas: Ligas de Cobre

•Grandes contrações ⇒Ejeção deve ser rápida •Solidificam a temperaturas elevadas.

Ligas de Ferro

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Moldes ⇒Coquilhas

Coquilha Manual confeccionado com blocos simples para peças finas

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Moldes ⇒Coquilhas

Coquilha Manual deslizante sobre placa base para peças mais espessas

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Maquinas Coquilhadeiras Coquilhadeira Automática com acionamento hidraúlico

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Maquina Coquilhadeira

Maquina Coquilhadeira de Grande Porte Processos de Fabricação –Parte 2: Fundição Aula 10: Fundição em Coquilhas

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Maquina Coquilhadeira com Sistema de Basculamento

Regras Gerais de Projeto das Peças:

•Desenho da peça não deve ser complexo. •Seções devem ser uniformes.

•Evitar cantos vivos. •Evitar machos (metálicos ou de areia).

•Espessura mínima em torno de 3mm.

•Usar nervuras para evitar paredes pesadas.

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Requisito Principal: o molde deve extrair calor do metal líquido a um determinada velocidade.

Princípios Básicos Aplicados: •Necessidade de resfriamento com água

•Controle da direção do fluxo de calor ⇒ uso de materiais e recobrimentos com diferentes capacidades de extração do calor.

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Projeto dos Moldes:

Requisitos Principais dos Moldes:

•Devem resistir aos esforços de manuseio e apresentar a maior vida útil possível

Utilização de materiais resistentes e cuidados na fabricação.

•Devem extrair calor do metal líquido a uma determinada velocidade ⇓ Necessidade de sistemas de resfriamento.

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–Necessidade de altas velocidades de produção

Projeto do Molde Fatores a serem considerados:

–Vida útil relativamente longa

–Precisão dimensional da cavidade

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Aspectos do projetos dos moldes relacionados com suas funções metalúrgicas e de engenharia

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•Fatores importantes no projeto de moldes para processos intermitentes:

–Temperaturas máxima e mínima da face do molde durante o ciclo

–Magnitude dos gradientes de temperatura através das paredes dos moldes

–Freqüência de repetição do ciclo de produção

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-Variações microestruturais em função de aquecimentos prolongados ou reações químicas

•Consequências do aquecimento e das variações de temperaturas:

-Diferentes expansões em função da formação de gradientes de temperaturas

Empenamentos ou fissuras nas faces devido Fadiga Térmica

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•Objetivos do controle de temperatura do molde:

–Garantir uma utilização segura ⇒ retirada da umidade

–Obter fundidos com superfícies lisas ⇒ temperaturas ótimas 200-3500C

–Promover direção e velocidades de solidificação ótimas

–Obter uma vida útil mais longa

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Materiais para Moldes:

Fatores determinantes da escolha do material:

•Tipo de liga a ser vazada. •Quantidade de peças a serem produzidas.

• Condições operacionais.

Materiais

Utilizados Ferro Fundido Aço H13 Temperado

Cobre -Cromo

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Tamanho da Peça Número de Vazamentos

Pequena Menor que 25mm

Médias e Grandes até 900mm

FoFoCinzento FoFoCinzento H11 FoFoCinzento c/ insertos de H14

FoFoCinzentoFoFoCinzentoFoFoCinzento H11, H13, H14

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Recomendação de Materiais para Coquilhas segundo a AFS

Propriedades Importantes em Materiais para Coquilhas:

•Facilidade de Usinagem. • Estabilidade Dimensional.

•Boa Difusividade Térmica.

•Resistência a trincas e fissuras por Fadiga Térmica

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

•Espessura de Parede40 a 60 m (em média)

Paredes muito Espessas

•Demora para atingir temperatura de trabalho

•Aumento Significativo no peso.

Paredes muito Finas ⇒Menores que 15 m⇒Apenas peças pequenas e simples

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

•Furos e Rasgos para Saída de Ar

•Na linha de divisão do molde com 0,13 a 0,25 m de profundidade e largura variável.

•Feitos após testes.

• Tolerâncias

Para peças de Alumínio que requerem alta precisão

Moldes de Aço de Baixa Liga ou Aço para Ferramentas

Tolerâncias de 0,38 até 0,13 m

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

• Insertos •Na cavidade total ou parcial do molde.

•Material idêntico ou diferente.

•Finalidades dos Insertos:

•Aumentar a vida útil dos moldes. •Simplificar a usinagem.

•Manuseio ou troca de partes e consertos

•Resfriadores ou aquecimento em certas áreas da cavidade do molde.

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

•Sistemas de Canais •Sistemas que evitem turbulência.

•Sistemas de alimentação e ataque que produza solidificação direcional.

•Possibilidade da utilização de Filtros.

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

•Ângulos de Saída

•Externo = 10 -30 •Interno = 20 -50

•Machos = 20 -50

•Parede de Peça

•Espessura de 3mm ⇒usar distância máxima de até75 m.

•Espessura de 5mm ⇒usar distância máxima entre 75 e 150 m.

•Tolerância para Usinagem

•Até 250 m de comprimento = 0,8 m •Acima de 250 m = 1,2 m

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

• Machos

•Comprimento de macho sujeito por um extremo não deve exceder φdo macho x 10.

•Diâmetro mínimopara machos = 6mm.

•Tipos: metálicos simples fixos –metálicos deslizantes montáveis –de areia.

•Movimentação: manual ou através de cilindros pneumáticos.

•Devem ser extraídos rapidamente para evitar “agarramento”.

•Mais econômico a utilização de machos metálicos (H14 ou aço ferramenta equivalente ⇒tolerância mínima e vida útil máxima.

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Aspectos Construtivos dos Moldes (Coquilhas)

Recomendação de Materiais para Machos Grandes segundo a AFS

Número de Vazamentos

F0F0 Cinzento Areia, gesso

F0F0 Cinzento, H11

Areia, gesso F0F0 Cinzento, F0F0

Cinzento c/ insertos de H11 , H11

•Machos menores que φ= 7m e L = 255mm a AFS recomenda os seguintes materiais, emn ordem de preferência: Areia –H11(Rc entre 42 e 45) –Aço Carbono.

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Ferramental para Fundição por Gravidade Processos de Fabricação –Parte 2: Fundição Aula 10: Fundição em Coquilhas

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Coquilha Basculante –Sistema Tilt

Peça fundida em Coquilha “Carter”

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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas) Composição Química:

•Silicato de Sódio: como ligante. •Água: como solvente.

•Grafite coloidal, vermiculita, óxido de alumínio, argila e outros ingredientes.

Aplicação: pistola na cavidade da peça e com pincel (base isolante para massalotes).

Obs.: Quando a camada é espessa ⇒taxa de resfriamento lenta (ação isolante).

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Revestimentos dos Moldes (Coquilhas)

Sequência Operacional:

•Limpeza da cavidade com jato de areia ⇒melhor aderência da tinta.

•Aplicação de quantas camadas forem necessárias (em função do efeito de isolamento desejado).

Obs.1: Uma aplicação bem feita pode ser usada continuamente por 24h dependendo do desenho da peça.

Obs.2: Recomenda-se a remoção completa e a repintura do molde em vez da realização de reparos.

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Principais Funções das Tintas para Coquilhas

•Controlar o gradiente de temperatura ⇒solidificação direcional ótima e peças isentas de rechupes.

•Controlar o fluxo de metal para assegurar que o metal atinja todas as partes da coquilha com a temperatura necessária a não ocorrência de “juntas frias”.

•Facilitar a extração da peça.

•Garantir um bom acabamento na peça.

•Garantir uma maior vida útil do molde (evita soldagem do metal no molde)

•Reduzir o choque térmico.

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Meios para alterar o Resfriamento das Peças •Situação Ideal ⇒garantir a solidificação direcional.

•Quando isto não é possível:

•Usar resfriadores de Cobre ou Aço •Circulação de água.

•Uso de aquecimento localizado. •Uso de tintas isolantes.

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Temperatura da Coquilha

•Em fundição de Ligas de Alumínio ⇒300-3500C. •Consequências de Temperaturas muito Altas:

•Maior formação de rebarbas.

•Menor produção. •Redução nas propriedades mecânicas das peças.

•Maior tendência a rechupes.

•Menor vida útil do molde. •Consequências de Temperaturas muito Baixas:

•Geração de solda fria nas peças.

•Redução na capacidade de alimentação

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Variáveis que afetam a Temperatura da Coquilha

•Quantidade de metal vazado. •Formato da peça.

•Espessura de parede da coquilha.

•Frequência dos vazamentos.

•Tipo e espessura dos revestimentos (tintas).

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Fatores que afetam a Temperatura de Vazamento •Tamanho e forma da peça.

•Revestimento do molde.

•Sistema de resfriamento.

•Sistema de canais.

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