Fundamentos da fundição de metais

Cap 5 – Fundamentos da fundição de metais

1. Fundição: Processo no qual metal (ferrosos ou não ferrosos) fundido flui pela força da gravidade, ou por ação de outra força, num molde em que ele solidifica com a forma da cavidade do molde. A peça obtida por esse processo é chamado de fundido.

1.1 Vantagens:

• Pode produzir peças de grande porte.
• Pode produzir peças de geometria complexas, incluindo formas externas e internas.
• Pode ser aplicado a qualquer metal que possa ser aquecido até o estado líquido.
• Capazes de produzir peças net shape (Forma final sem nenhuma necessidade de operação de manufatura posterior para atingir dimensões requeridas na peça) ou near net shape (Geometrias próximas à forma final com necessidade de pouca operação de manufatura requerida na peça).
• Há métodos para a produção seriada.

1.2. Desvantagens:

• Limitações em propriedades mecânicas.
• Porosidade alta.
• Baixa precisão dimensional e acabamento superficial para alguns processos de fundição.
• Riscos à segurança durante o processamento de metais líquidos quentes.
• Problemas ambientais.

2. Molde: Contém a cavidade cuja a geometria determina a forma da peça fundida. O tamanho e a forma real da cavidade devem ser ligeiramente maiores para compensar os efeitos da contração. Os metais apresentam diferentes coeficientes de contração, portanto o molde deve ser projetado para um metal definido.

• Molde aberto: Contêiner com a forma da peça desejada.
• Molde fechado: A geometria do molde é mais complexa e requer um sistema de alimentação para que o metal preencha a cavidade.

3. Etapas da fundição:

1. Aquecimento: O metal é aquecido a uma temperatura elevada o suficiente para converte-lo totalmente ao estado líquido.
2. Vazamento:. O metal liquido é vazado no funil de vazamento do molde.
3. Resfriamento: Quando o metal atinge o molde, ele começa a resfriar. Quando a temperatura diminui à temperatura de solidificação, inicia-se o início da solidificação, que envolve a mudança de fase do metal para o estado sólido.
4. Remoção: Quando o metal resfria o suficiente, ele pode ser removido do molde. Dependendo do método de fundição e metal empregados, pode ser necessário processamento posterior.

4. Tipos de molde:

4.1. Molde perecível: Molde é sacrificado para remoção da peça

• Vantagem: Formas mais complexas possíveis.
• Desvantagem: As taxas de produção são lentas devido ao tempo necessário para        construção do molde.

4.1.1. Fundição em moldes de areia: Consiste no vazamento de metal fundido num molde em areia, deixando o metal solidificar, com posterior quebra do molde para retirada da peça.

4.1.1.1. Molde: consiste na parte superior e inferior contidas na caixa de moldagem bipartida, separa pela linha de partição.

1. A cavidade do molde é formada a partir de um modelo (De madeira, metal ou plástico) com a forma da peça a ser fundida.
2. Areia com aglomerante, argila e água é compactada em volta do modelo para formar a cavidade do molde na caixa de moldagem.
3. O modelo é então retirado pela separação do molde em duas metades.

• Areias de fundição:

• A areia usada no molde são constituídas de sílica, ou sílica misturada com outros minerais. Boas propriedades refratárias para suportar altas temperaturas sem fusão.
• Grãos de pequeno tamanho proporcionam  melhor acabamento superficial do fundido.
• Grãos de grande tamanho são mais permeáveis, possibilitando que os gases do processo de fundição escapem, melhorando a porosidade da peça fundida.
• Grãos de formas irregulares deixam os moldes mais resistentes devido a interligação entre eles, em comparação com grãos mais redondos.

• Moldes em areia-verde:

• Contém umidade no momento do vazamento.
• São confeccionados com uma mistura de areia, argila e água.
• Boa colapsibilidade, permeabilidade e reutilização.
• Suficiente resistência mecânica para a maioria das aplicações.

• Moldes em areia-seca: 

• Usa aglomerantes orgânicos como a argila.
• O molde é estufado num forno de grande porte.
• A secagem em estufa aumenta a resistência do molde e endurece superficialmente a cavidade.
• Garante melhor controle dimensional do produto fundido.
• É mais caro e a produtividade é baixa devido ao tempo gasto na secagem.
• Limitados a fundidos de tamanho médio-grande para lotes pequenos ou médios.

4.1.1.1.1. Indicadores de qualidade do molde:

• Resistência mecânica: Capacidade do molde para manter sua forma e resistir à erosão causada pelo fluxo de metal líquido. Depende do formato dos grãos e da qualidade adesivas do aglomerante.
• Permeabilidade: Capacidade do molde de permitir que o ar quente e os gases oriundos das operações de fundição passem através dos vazios da areia.
• Estabilidade térmica: Capacidade da camada de areia da superfície do molde de resistir ao trincamento e empenamento após contato com o metal fundido.
• Colapsibilidade: Capacidade do molde de desmoronar, permitindo que o fundido se contraia sem formação de trincas na peça fundida. Também se refere a capacidade de remover areia do fundido no processo de limpeza.
• Reutilização: Capacidade da areia de ser empregada em outros moldes após o molde ser destruído.

4.1.1.2. Modelo: Uma reprodução em tamanho real da peça, com dimensões maiores para compensar a contração de solidificação e as tolerâncias para usinagem da peça fundida. Modelos de madeira são mais fáceis de serem trabalhados, mas deformam. Modelos de metal são mais caros, porém duram mais. Modelos de plástico representam o meio termo.

...