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ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Fabio Renato Rossi do Nascimento

Processos Produtivos I: Fundição

São Carlos, Dezembro de 2009

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Fabio Renato Rossi do Nascimento

Processos Produtivos I: Fundição

Trabalho acadêmico apresentado à disciplina de Processos Produtivos I. Centro Universitário Central Paulista. Unidade São Carlos

São Carlos, Dezembro de 2009

LISTA DE FOTOS04
LISTA DE FIGURAS04
LISTA DE TABELAS04
RESUMO05
ABSTRACT06
1. INTRODUÇÃO07
2. FUNDIÇÃO07
2.1 Vantagens da fundição08
2.2 Desvantagens da fundição09
2.3 Materiais utilizados neste processo10
3. ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO10
3.1 Construção do molde1
3.2 Compactação da areia em redor do modelo1
3.3 Fabricação do macho1
3.4 Colocação do macho1
3.5 Injeção do metal fundido1
3.6 Esfriamento e solidificação12
3.7 Desmoldagem12
3.8 Rebarbeamento e acabamento e limpeza12
4. PRINCIPAIS PROCESSOS DE FUNDIÇÃO12
4.1 Molde em areia verde13
4.2 Molde em areia seca13
4.3 Fundição por injeção13
4.4 Fundição sob pressão13
4.5 Fundição por centrifugação14
4.6 Fundição contínua15
5. CONCLUSÃO16

SUMÁRIO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS........................................................................17

4 LISTA DE FOTOS

Foto1: Preenchendo com metal líquido a cavidade de um molde08
Foto 2: Bloco forjado de um motor 6 Cilindros em “V”09
Figura 1: Micrografia de um aço com microporosidade09
Figura 2: Injetora do processo de Fundição Sob Pressão14
Figura 3: Moldes de fundição por centrifugação15
Figura 4: Matriz prismática vazada para confecção de tubos15

LISTA DE TABELAS Tabela 1: Comparação de alguns processos de fundição................................................16

5 RESUMO

O processo de fabricação de peças através da fundição é muito importante por ser um dos processos mais antigos, e também porque é um dos mais versáteis, principalmente quando se considera os diferentes formatos e tamanhos das peças que pode produzir por esse processo. O processo de fabricação de peças metálicas ou não metálicas que consiste essencialmente em preencher com o material líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada. O processo de fundição aplica-se a vários tipos de matérias tais como aços, ferros fundidos, alumínio, cobre, zinco e sua principal vantagem é obter, de maneira econômica, peças de geometria complexa. Porém existem também desvantagens. Os aços fundidos, por exemplo, podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade, e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação. Portanto, este trabalho acadêmico visa apresentar de forma sistêmica o que é e como é processada a fundição nas indústrias que utilizam este processo em sua manufatura.

Palavras-Chave: Processo, Fabricação, Peças, Fundição, Molde, Materiais, Aços.

The process of making parts by foundry is very important because it is one of the most primitive, and because it is one of the most versatile, especially when considering the different shapes and sizes of parts that can be produced by this process. The manufacturing process of metal or non-metal which is essentially fill with liquid material to a mold cavity shaped and measures corresponding to the part being manufactured. The casting process is applicable to various types of materials such as steel, cast iron, aluminum, copper, zinc and its main advantage is to achieve a cost effective manner, parts of complex geometry. But there are also disadvantages. The steel castings, for example, may have high residual stresses, microporosity, and variations in grain size. These factors result in lower strength and ductility, when compared to steels obtained by other manufacturing processes. Therefore, this academic work is to present a systematic way what it is and how it is processed in the foundry industries that use this process in its manufacture.

Key Words: Process, Manufacturing, Parts, Foundry, Molding, Materials, Steels.

7 1. INTRODUÇÃO

A proposta de um sistema contínuo de fundição, desenvolvido na Europa após
Estão descritos neste trabalho acadêmico os principais tipos de fundição, o que
processo e os materiais mais utilizados

A origem da siderurgia deu-se com a invenção das primeiras armas e implementos agrícolas. Talvez, o primeiro metal que tenham surgido, quando pedras de minério de ferro que circundavam fogueiras para aquecer as cavernas do período Neolítico, foram reduzidas pelo calor e em contato com a madeira carbonizada. Muito provavelmente o homem primitivo usou, para seus artefatos. O Processo de fundição evoluiu ao longo do tempo, sua importância é fundamental para o crescimento tecnológico desde os primórdios da humanidade. Seu aperfeiçoamento é contínuo, partindo desde pequenas peças fundidas artesanalmente às técnicas de siderurgia. Fatores como velocidade de consumo, sofisticação de maquinário com exigência de partes mais precisas, demandaram novas tecnologias para a fabricação de peças de ferro fundido. a segunda guerra respondeu muitas dessas demandas, possibilitando essencialmente uma produção rápida e de qualidade. Neste processo, atualmente muito difundido nos paises desenvolvidos, é possível obter perfis e tubos de vários formatos, com propriedades uniformes e sem os defeitos inerentes à fundição convencional (areia). No Brasil o processo foi introduzido em 1935. é fundição, quais suas vantagens e desvantagens, classificações dos processos, etapas do

É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em
A palavra fundição é usada para o processo enquanto o produto denomina-se

2. FUNDIÇÃO preencher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada. A fundição é um processo de fabricação inicial, porque permite a obtenção de peças com formas praticamente definitivas, com mínimas limitações de tamanho, formato e complexidade, e também é o processo pelo qual se fabricam os lingotes. É a partir do lingote que se realizam os processos de conformação mecânica para a obtenção de chapas, placas e perfis. fundido. O processo é a manufatura de objetos metálicos (fundidos) fundindo o metal,

Sempre que se fala em fundição, as pessoas logo pensam em ferro. Mas esse
A indústria de fundição é muito difundida e encontra–se entre as maiores do

vertendo este no molde (caixa de areia), e permitindo que o metal fundido se solidifique como um fundido cuja forma é uma reprodução da cavidade do molde (caixa de areia). Este processo é realizado em fundições, que podem ser de materiais ferrosos e nãoferrosos. processo não se restringe só ao ferro. Ele pode ser empregado com os mais variados tipos de ligas metálicas, desde que elas representam as propriedades adequadas a esse processo, como por exemplo, temperatura de fusão e fluidez. mundo porque possibilita a produção peças complicadas. Exemplos: acessórios de tubulação, peças de um forno, bloco do motor de automóveis e aviões, pistões, anéis dos pistões, bases de máquina ferramenta, rodas, e eixos de manivela.

Foto 1: Preenchendo com metal líquido a cavidade de um molde - Fonte: Istivan, 2002

2.1 Vantagens da fundição

Sua principal vantagem é obter, de maneira econômica, peças de geometria complexa. As fundições podem ser de materiais ferrosos ou não-ferrosos. Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas. Produz peças quase que acabadas. Utilização da mesma matriz para milhares de peças, sem variações significativas nas dimensões das peças produzidas. A foto 2 mostra um bloco de motor. Esta peça possui um formato complexo, propício para confecção através de processo de fundição.

Foto 2: Bloco forjado de um motor 6 Cilindros em “V” – Fonte: Leoni, 2006

2.2 Desvantagens da fundição

grandes volumes de produção

Os aços fundidos podem apresentar elevadas tensões residuais, microporosidade (conforme figura 1), zoneamento e variações de tamanho de grão. Tais fatores resultam em menor resistência e ductilidade, quando comparados aos aços obtidos por outros processos de fabricação como conformação a quente. Os equipamentos e os acessórios são relativamente caros, de modo que o processo somente se torna econômico para Figura 1: Micrografia de um aço com microporosidade – Fonte: UFSC, 2007

10 2.3 Materiais utilizados neste processo

O processo de fundição aplica-se a vários tipos de metais e também em certos materiais sintéticos a exemplos de plásticos e polímeros. No caso dos metais podem-se citar aços, ferros fundidos (ferro gusa), alumínio, cobre, zinco, magnésio. Também é utilizado a areia para a estampagem do modelo.

São infinitas as possibilidades de fabricação de peças por intermédio deste

3. ETAPAS DO PROCESSO DE FUNDIÇÃO processo. O mais simples formato que se pode fabricar com o processo de fundição são os lingotes, estes são a base de geometria para todos os processos de conformação mecânica que vem a seguir da fundição, podem ter o formato redondo chamados comumente de tarugos que são utilizados, por exemplo, nos processos de extrusão ou usinagem, além disso, podem ter também o formato retangular chamados de placas, que são utilizadas nos processos de laminação de chapas e folhas. Um fator muito importante para a fundição é saber a temperatura de fusão do metal (esta é a temperatura que o metal passa do estado sólido para o líquido), bem como, a fluidez (capacidade que uma substância tem de escoar com maior ou menor facilidade, como exemplo, a água escoa com mais facilidade que o óleo), isso determina principalmente os equipamentos necessários para se realizar uma correta fundição. Muitos processos de fundição são utilizados atualmente para a manufatura de metais. Eles vão desde a Fundição em Areia (processo mais conhecido), passando por, Fundição em Moldes Permanentes (Coquilhas, Matrizes ou Moldes), Fundição Sob-Pressão (injeção de metais - die casting), Fundição por Centrifugação, Fundição de Precisão (Microfusão, Cera Perdida ou Investmente Casting), Fundição por Moldagem em Gesso, Fundição em Casca (Shell Molding), dentre outros Basicamente o que determina o melhor processo para desenvolvimento de uma determinada peça, além de seu custo é claro, é o peso da mesma, o metal envolvido, a liga de determinado metal, as características metalmecânicas exigidas, o acabamento desejado, as espessuras mínimas e máximas de cada parte ou parede, as tolerâncias dimensionais exigidas, os ângulos desejados, as matrizes e/ou modelos necessários, o tamanho da peça e o formato da peça. Além disso, deve-se levar em conta, a quantidade de peças que serão produzidas, ou seja, a capacidade de repetibilidade das peças e os custos operacionais envolvidos no processo escolhido.

1 3.1 Confecção do modelo

Essa etapa consiste em construir um modelo com o formato aproximado da peça a ser fundida. Esse modelo vai servir para a construção do molde e suas dimensões devem prever a contração do metal quando ele se solidificar bem como um eventual sobremetal para posterior usinagem da peça. Ele é feito de madeira, alumínio, aço, resina plástica e até isopor.

3.2 Confecção do molde

O molde é o dispositivo no qual o metal fundido é colocado para que se obtenha a peça desejada. Ele é feito de material refratário composto de areia eaglomerante. Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida.

3.3 Confecção do macho

Macho é um dispositivo, feito também de areia, que tem a finalidade de formar os vazios, furos e reentrâncias da peça. Eles são colocados nos moldes antes que eles sejam fechados para receber o metal líquido.

3.4 Fusão

Fusão é o processo em que derrete o metal para formar a liga que se desejar produzir, no caso de ser uma fundição de ligas metálicas, ou então, o metal puro quando se deseja somente derreter o mesmo. Este metal fica dentro de um equipamento chamado de forno de fundição e, após estar pronto, o metal líquido é transferido para um cadinho ou uma panela, que transportará o metal líquido do forno até os moldes que irão receber o metal líquido.

3.5 Vazamento

Quando o material fundido preenche as cavidades, é necessário que haja uma pequena sobra deste para expulsar o ar e possíveis contaminações. São executados nas feituras do molde os drenos. São alguns canais de vazamento para possibilitar a drenagem do material.

3.6 Esfriamento e solidificação

Esta é etapa mais crítica de todo o processo, já que um resfriamento excessivamente rápido pode provocar tensões mecânicas na peça, inclusive com aparecimento de trincas, e a formação de bolhas. Se houver um resfriamento muito lento ocorrerá à diminuição da produtividade. Estes eventos influenciam bastante o tamanho, uniformidade e composição química dos grãos formando na peça fundida, que por sua vez influenciam as suas propriedades globais.

3.7 Desmoldagem

Após resfriamento e solidificação o material fundido, é executado a retirado da peça do molde. Ao fazê-lo deve-se tomar o cuidado de retirar a areia dos machos. Retirada a areia dos machos e da peça, esta pode ser reaproveitada em outros moldes de fundição indefinidamente desde que não tenha contaminada por nenhum elemento que venha a causar alguma contaminação

3.8 Rebarbeamento e acabamento e limpeza

Após retirada do molde de fundição a peça possui diversas rebarbas ocasionadas pelo vazamento através dos canais de respiro alimentação e dreno, além da marca da emenda das caixas de macho que deixa às vezes algumas rebarba. Quando ocorre este defeito, é necessária uma limpeza da peça através do rebarbeamento. Este processo consiste na retirada das sobras e rebarbas por esmeris ou manualmente através de limas.

4. PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

Existem diversos processos de fundição. Estes consistem na fusão da matéria prima a ser moldada geralmente “cadinhos”. Cadinhos são fabricados em material refratário onde a matéria prima é derretida e drenada ou drenada posteriormente para as formas, ou moldes de fundição. A tabela 1 mostra uma comparação dos principais processos de fundição utilizados atualmente.

4.1 Molde em areia verde

Consiste na elaboração do molde com areia úmida modelada pelo formato do modelo da peça a ser fundida. É o método mais empregado na atualidade, serve para todos os metais. Porém o mais utilizado é o ferro gusa. É especialmente apropriado para peças de tamanho pequeno e médio.

Não é adequada para peças grandes, de geometria complexas, nem para acabamentos finos, pois ficam as marcas de corrugamento da areia, e sua tolerância dimensional é reduzida.

4.2 Molde em areia seca

(Parte 1 de 2)

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