Fundição-Processos-Moldagem-e-Tecnicas

TEMA 3 FUNDIÇÃO NESTE CAPÍTULO VOCÊ IRÁ APRENDER Fundamentos da fundição Diferenças nos processos de moldagem Diferenças nos processos de fundição 1 Introdução O processo de fabricação por fundição é bastante antigo na civilização humana Desde eras mais remotas o homem descobriu a capacidade de liquefazer alguns dos metais conhecidos e dar nova forma vazando esse metal em algum molde Essa técnica continua ainda hoje onde um metal ou uma liga metálica é levada ao estado líquido e depois solidificada em um molde Esse molde nada mais é do que o negativo da peça que se deseja produzir Esse processo de escoamento é feito normalmente por gravidade mas pode ser usada outra técnica para se atingir esse objetivo Essa nova forma pode ser quase definitiva ou ainda uma forma intermediária podendo ser também uma parte de um todo que será unido posteriormente por alguma outra técnica Normalmente quando se fala no processo de fundição estáse pensando na técnica de produzir peças na forma quase final no entanto na aciaria produzse barras eou chapas por um processo de fundição o qual não recebe esse nome sendo antes chamado de lingotamento As peças produzidas podem ter tamanhos bem variados de alguns gramas até toneladas A preferência também é por geometrias bem complexas para poder explorar a técnica e economizar etapas de fabricação posterior Os principais cuidados nessa técnica é que as propriedades finais são pouco alteradas no máximo por tratamento térmico e a sanidade das peças deve ser obtida diretamente no resfriamento No caso vazios contração bolhas e gases devem ser completamente controlados na solidificação A indústria de fundição é um ramo de negócios bem estabelecido onde as etapas de fabricação são bem conhecidas incluindo a fabricação dos modelos moldes machos os processos de liquefação dos metais e solidificação dos mesmos bem como o acabamento final Em termos de volume de fabricação o processo de moldagem não permanente em areia é o mais empregado mas existem outros com uso de moldes permanentes também 2 Fundamentos de Fundição A figura 1 ilustra o fluxograma do processo de fundição Figura 1 Fluxograma do processo de fundição fonte Kiminami Castro Oliveira 2018 Liquefação Liquefação ou processo de fusão é um ponto inicial do processo Isso inclui a preparação da liga com os corretos insumos do processo Essa preparação emprega muita sucata metálica portanto essa técnica faz um bom consumo desse materiais apresentando um forte apelo ambiental pela eliminação desse passivoSempre que ocorre a fusão dos metais uma grande quantidade de gases podem estar presentes e que tendem a ser eliminados na solidificação No entanto dependendo da velocidade dessa solidificação esses gases podem promover bolhas ou porosidades nas peças prejudicando sua sanidade sendo necessária sua eliminação Algumas técnicas podem ser empregadas para previnir essa formação tais como fusão sob vácuo baixas temperaturas de superaquecimento mínima agitação controle de projeto dimensional e dos canais de vazamento desgaseificação à vácuo passagem de gás inerte entre outros Kiminami Castro Oliveira 2018 Chiaverini 1986 Sempre que se tem metal no estado líquido em contato com o oxigênio temse a formação de escória O controle dessa escória é vital para a limpeza da liga metálica Essa escória serve de protetor para o metal líquido no entanto não se deseja que a escória vaze para dentro do molde Dessa forma algumas ações podem ser implementadas para minimizar esse efeito como retirar o metal pelo fundo do cadinho o uso de filtros cerâmicos nos canais de vazamento o emprego de armadilhas de escória nos canais de vazamento ou de distribuição por exemplo Existem algumas formas de fundir as ligas metálicas No caso do processo de fundição encontrase fornos com diferentes técnicas de aquecimento algumas mais apropriadas que outras para certas ligas metálicas assim se tem fornos elétricos por resistência ou a indução a óleo a gás e a carvão Os fornos elétricos a indução eletromagnética são os mais empregados em ligas ferrosas ou nos ferros fundidos e inclusive para aços fundidos com volumes variando de 50 kg a mais de 100 toneladas Sendo bastante versáteis Solidificação Uma vez que a liga metálica está ajustada e sua composição química atende a necessidade de sua aplicação o metal líquido deve ser vazado para dentro do molde Neste processo é esperado que o metal líquido atinja todas as partes do molde isto significa que ele apresente boa fluidez para garantir esse preenchimento Vários fatores influem na fluidez do metal como a composição da liga da temperatura de fusão o intervalo de solidificação e o superaquecimento aplicado Essas condições são essenciais para que não ocorra a solidificação antes de todo o molde estar preenchido O projeto do molde também é crucial para que essa etapa tenha sucesso Durante a solidificação ocorre o aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias que servem como base dos núcleos para o posterior desenvolvimento ou crescimento dos cristais finalizando com os grãos definitivos conhecidos como a estrutura cristalina típicas dos metais Esta estrutura cristalina está ligada fortemente com a velocidade de solidificação e o seu intervalo de solidificação Controlando esse intervalo e a aplicação em muitos casos de uso de nucleantes ou outras técnicas de controle para refino dos grãos tendese a evitar a estrutura dendrítica ou uma mescla de estruturas no caso cristais colunares que serão péssimos em termos de propriedades mecânicas Quanto menor for o tamanho dos grãos gerados melhor é o resultado geral do produto Lembrando que o projeto do molde tem forte influência sobre a estrutura cristalina Contração de volume Os metais e suas ligas sofrem uma contração ao se solidificarem Iniciando numa contração líquida que corresponde ao abaixamento da temperatura até o início da solidificação Seguido por uma contração de solidificação que é a variação de volume que ocorre durante a passagem do estado líquido para o estado sólido Finalizando com a contração sólida que ocorre com o abaixamento de temperatura do metal solidificado até a temperatura ambiente Essa contração é expressa normalmente em percentual de volume e varia de liga para liga Tipo aços fundido entre 22 a 25 níquel e ligas cobreníquel em 8 e alumínio e ligas em torno de 63 A falta desse controle pode acarretar defeitos nas peças como vazios pelo rechupe Assim o projeto do molde novamente deve prever esses fenômenos para garantir que essa contração fique fora da peça no caso o emprego de massalotes Concentração de impurezas e segregação Normalmente quando o metal está líquido as impurezas estão bem dissolvidas formando um todo de forma homogênea À medida que a liga de solidifica esse elementos vão acompanhando o metal líquido arrastandoos junto pois apresentam melhor solubilidade no líquido indo se acumular no último sólido Isso também é conhecido como segregação que apresenta uma composição química diferente ou não uniforme ao longo da seção da peça solidificada causando variação nas propriedades gerais do metal Para prevenir isso devese fazer um controle de composição química acompanhado de velocidade de resfriamento Processo de fundição A fundição é um processo inicial na fabricação de peças e produtos permitindo sua fabricação com formas praticamente definitivas Possibilita também a fabricação de lingotes os quais serão posteriormente submetidos a processos de conformação mecânica e transformados em formas definitivas Em resumo as etapas do processo de fundição podem seguir a sequência Desenho da peça Projeto do modelo Confecção do modelo modelagem Confecção do molde moldagem Preparação da liga Fusão do metal Vazamento no molde Desmoldagem limpeza e rebarbação Controle de qualidade Para a confecção do molde ou moldagem existem várias técnicas que dependem da quantidade da liga metálica tamanho e formato das peças entre outros Assim temse Moldagem em areia verde Moldagem em areia seca Moldagem em areiacimento Moldagem em areia de macho Moldagem pelo processo CO2 Moldagem em casca shellmolding Moldagem por cera perdida microfusão Fundição em moldes permanentes Fundição em moldes semipermanentes Fundição por centrifugação Moldagem em areia O processo de moldagem em areia é o mais comum Esse molde deve atender alguns requisitos especiais como ter resistência suficiente para suportar o metal líquido deve suporta a ação erosiva do metal durante o vazamento deve gerar a menor quantidade de gases no momento de contato com o metal quente e ter boa porosidade para facilitar s saída dos gases que estão dentro da cavidade e no momento da solidificação O método de areia verde nome devido a não queima ou cura do molde não pela cor é bastante empregado em ligas ferrosas e não ferrosas Faz uso de uma areia silicosa natural semissintética ou sintética Apresenta na composição o uso de argila bentonita água e às vezes farinha de milhotrigo mogul e carvão A figura 2 apresenta o fluxo completo do processo de moldagem Figura 2 Processo de fundição em areia verde fonte Kiminami Castro Oliveira 2018 Moldagem em casca ou shell molding Esse processo de moldagem em casca é feito pela mistura de areia silicosa e uma resina endurecível pelo calor A mistura é então colocada sobre um modelo metálico que está em uma temperatura de 150 a 200 ºC ficando em contato de 5 a 7 s O contato da mistura com o molde forma uma uma casca resistente e rígida que constitui a metade do molde A outra metade é formada da mesma maneira As partes são retiradas do modelo metálico e levadas a um forno a aquecido a 450 ºC por 40 a 50 s Depois de prontas as metades e os machos se tiver elas são coladas para formar o molde a figura 3 mostra um esquema Figura 3 Ilustração do processo shell molding fonte Kiminami Castro Oliveira 2018 Moldagem em CO2 Esse processo de moldagem em CO2 é utilizado para moldes e machos de qualquer dimensão A moldagem é de forma convencional com areia aglomerada com silicato de sódio 25 a 6 em peso Depois de compactados eles são submetidos a um tratamento de CO2 Ocorre então uma reação entre o CO2 e o silicato de sódio formando uma sílica gel carbonato de sódio e água o que resulta um endurecimento do molde em tempo relativamento curto Essa técnica promove uma elevada resitência mecânica e dureza Moldagem em areia cimento Essa técnica de moldagem faz uso de cimento Portland num percentual de 10 em areia convencional mais água em torno de 8 Indicado para moldagem de peças médias e grandes A secagem é feita ao ar Apresenta custo elevado e de difícil desmoldagem Moldagem em moldes permanentes São considerados moldes permanentes os moldes produzidos em liga metálica podendo ser ferrosos aços ou ferros fundidos ou não ferrosos Neste processo estão as formas de vazamento por gravidade ou sob pressão No primeiro caso como o próprio nome diz o vazamento se dá por gravidade onde o molde é constituído por duas ou mais partes contendo os canais de vazamento e massalotes podendo ter ou não a presença de machos Já no processo de fundição sob pressão o metal é introduzido no molde sob pressão sendo forçado injetado a entrar no molde e preencher todos os detalhes A pressão é mantida até a solidificação do metal quando a matriz ou molde é aberto para a retirada da peça Esse processo se subdivide em câmara fria e câmara quente Na câmara fria o metal é fundido fora da máquina e então inserido nela Indicado para ligas de maior temperatura de fusão como alumínio magnésio e latão Na câmara quente na própria máquina ocorre a fusão do metal indicado para ligas de baixo ponto de fusão tipo ligas de zinco estanho chumbo e magnésio Moldagem por centrifugação O processo por centrifugação é indicado para corpos ocos de revolução tipo tubos e cilindros O metal líquido é então despejado nos moldes rotativos podendo ser de areia ou metálicos A força centrífuga exerce ação para promover o completo preenchimento do molde Moldagem por microfusão Este processo de microfusão também conhecido por cera perdida ou fundição de precisão O processo consiste em executar o projeto da peça depois se faz a confecção do molde metálico Neste molde é injetada a cera que reproduz a forma da peça Normalmente as peças em cera são armadas na forma de uma árvore de modelos que é então recoberta com uma lama refratária que após estar seca e pronta fazse a retirada das peças em cera por seu derretimento num forno cera perdida Agora esse espaço deixado pela cera é preenchido pela liga metálica que assim que estiver solidificada procedese a quebra desta casca cerâmica Finalizando com a separação das peças dos canais de vazamento figura 4 Figura 4 Ilustração do processo de microfusão fonte Kiminami Castro Oliveira 2018 Controle de qualidade A finalização das peças encerra por um controle da qualidade que inclui etapas como inspeção visual inspeção dimensional e inspeção metalúrgica 3 Referências CHIAVERINI V Tecnologia Mecânica Processos de Fabricação e Tratamento Vol II São Paulo McGrawHill 1986 KIMINAMI Claudio S CASTRO Walman B OLIVEIRA Marcelo F Introdução aos Processos de Fabricação de Produtos Metálicos São Paulo Blucher 2018