Conformação Mecânica

Os processos de conformação mecânica alteram a geometria do material através de forças aplicadas por ferramentas adequadas que podem variar desde pequenas matrizes até grandes cilindros, como os empregados na laminação.

Em função da temperatura e do material utilizado a conformação mecânica pode ser classificada como trabalho a frio, a morno e a quente. Cada um destes trabalhos fornecerá características especiais ao material e à peça obtida. 

Estas características serão função da matéria prima utilizada como composição química e estrutura metalúrgica (natureza, tamanho, forma e distribuição das fases presentes) e das condições impostas pelo processo tais como o tipo e o grau de deformação, a velocidade de deformação e a temperatura em que o material é deformado. Principais processos de Conformação 

O número dos diferentes processos unitários de conformação mecânica, desenvolvidos para aplicações específicas, atinge atualmente algumas centenas. Não obstante, é possível classificá-los num pequeno número de categorias, com base em critérios tais como: o tipo de esforço que provoca a deformação do material, a variação relativa da espessura da peça, o regime da operação de conformação, o propósito da deformação. 

Basicamente, os processos de conformação mecânica podem ser classificados em: Forjamento: Conformação por esforços compressivos tendendo a fazer o material assumir o contorno da ferramenta conformadora, chamada matriz ou estampo. Laminação: Conjunto de processos em que se faz o material passar através da abertura entre cilindros que giram, modificando-lhe (em geral reduzindo) a seção transversal; os produtos podem ser placas, chapas, barras de diferentes seções, trilhos, perfis diversos, anéis e tubos. Trefilação: Redução da seção transversal de uma barra, fio ou tubo, “puxando-se” a peça através de uma ferramenta (fieira, ou trefila) com forma de canal convergente. Extrusão: Processo em que a peça é “empurrada” contra a matriz conformadora, com redução da sua seção transversal. A parte ainda não extrudada fica contida num recipiente ou cilindro (container); o produto pode ser uma barra, perfil ou tubo. Conformação de chapas: Compreende as operações de: Embutimento; Estiramento; Corte; Dobramento. TEMPERATURA DE CONFORMAÇÃO: Os processos de conformação são comumente classificados em operações de trabalho a quente, a morno e a frio. O trabalho a quente é definido como a deformação sob condições de temperatura e taxa de deformação tais que processos de recuperação e recristalização ocorrem simultaneamente com a deformação. De outra forma, o trabalho a frio é a deformação realizada sob condições em que os processos de recuperação e recristalização não são efetivos. No trabalho a morno ocorre recuperação, mas não se formam novos grãos (não há recristalização). No trabalho a quente, devido à intensa vibração térmica -que facilita muito a difusão de átomos e a mobilidade e aniquilamento das discordâncias - o encruamento e a estrutura distorcida dos grãos produzida pela deformação, são rapidamente eliminados pela formação de novos grãos livres de deformação, como resultado da recristalização. É possível conseguir grandes níveis de deformação, uma vez que os processos de recuperação e recristalização acompanham a deformação. Ela ocorre a uma tensão constante. E como a tensão de escoamento plástico decresce com o aumento da temperatura,ver figura, a energia necessária para a deformação é geralmente muito menor para o trabalho a quente do que para o trabalho a frio ou a morno. VARIAÇÃO DA TENSÃO DE COMPRESSÃO COM A DEFORMAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA PARA UM AÇO DE BAIXO CARBONO VARIAÇÃO DA TENSÃO DE COMPRESSÃO COM A DEFORMAÇÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA PARA UM AÇO DE BAIXO CARBONO No trabalho a frio, como o encruamento não é aliviado, a tensão aumenta com a deformação. Assim a deformação total- que é possível de se obter sem causar fratura- é menor no trabalho a frio do que no trabalho a quente e a morno. Exceto quando se realizam tratamentos térmicos de recozimento para aliviar os efeitos do encruamento. No trabalho a morno ocorre uma recuperação parcial da ductilidade do material e a tensão de conformação situa-se numa faixa intermediária entre o trabalho a frio e a quente. Costuma-se definir, para fins práticos, as faixas de temperaturas do trabalho a quente, a morno e a frio baseadas na temperatura homóloga, que permite a normalização do comportamento do metal, ver figura. Em um metal puro, que não sofre transformação de fase no estado sólido, os pontos de referência em termos de temperatura são: o zero absoluto e o ponto de fusão. Estes pontos, traduzidos em graus Kelvin, estabelecem os extremos da escala homóloga de temperaturas. REPRESENTAÇÃO DA TEMPERATURA HOMÓLOGA E DAS FAIXAS DE TEMPERATURA : trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ). REPRESENTAÇÃO DA TEMPERATURA HOMÓLOGA E DAS FAIXAS DE TEMPERATURA : trabalho a frio (TF), a morno (TM) e a quente (TQ). Em termos de conformação mecânica, chama-se de: trabalho a quente (TQ) aquele que é executado em temperaturas acima de 0,5Tf trabalho a morno (TM), executado na faixa compreendida (grosseiramente) entre 0,3 e 0,5 Tf e trabalho a frio (TF) aquele que é executado entre 0 e 0,3 Tf . É importante compreender que a distinção básica entre TQ e TF é portanto, função da temperatura em que se dá a recristalização efetiva do material. Assim, embora para muitas ligas comerciais a temperatura do TQ seja realmente elevada em relação à ambiente, para metais como Pb e Sn, que se recristalizam rapidamente à temperatura ambiente após grandes deformações, a conformação à temperatura ambiente é TQ. Por outro lado, a conformação a 1100ºC é TF para o tungstênio, cuja temperatura de recristalização é superior a esta, embora seja TQ para o aço. Geração de Calor na Conformação Mecânica Nos processos de conformação, tanto a deformação plástica quanto o atrito contribuem para a geração de calor. Da energia empregada na deformação plástica de um metal, apenas 5 a 10% ficam acumulados na rede cristalina, sob a forma de energia interna, sendo os restantes 90 a 95% convertidos em calor. Em algumas operações de conformação contínua, como extrusão e trefilação, efetuadas em altas velocidades, a temperatura pode aumentar de centenas de graus. Uma parte do calor gerado é dissipada (transmitido às ferramentas ou perdido para a atmosfera), mas o restante permanece na peça, elevando-lhe a temperatura. Em condições idealmente adiabáticas e sem atrito, o máximo acréscimo teórico de temperatura devido à deformação plástica é dado pela expressão: Para uma deformação e = 1,0 tem-se DTmáx igual a 74ºC para alumínio, 277ºC para ferro e 571ºC para o titânio. Se a velocidade de um dado processo é alta, a perda do calor gerado será pequena e o aumento efetivo da temperatura será próximo do valor teórico. &nsp; Faixas de Temperaturas Permissíveis no Trabalho a Quente O limite inferior de temperatura para o trabalho a quente de um metal é a menor temperatura para a qual a taxa de recristalização é rápida o bastante para eliminar o encruamento quando o metal está submetido àquela temperatura. Para um dado metal ou liga metálica a menor temperatura de trabalho a quente dependerá de fatores tais como a quantidade de deformação e o tempo em que o material estará submetido a temperatura em questão. Uma vez que quanto maior o nível de deformação menor é a temperatura de recristalização, o limite inferior de temperatura para o trabalho a quente diminuirá para grandes deformações. Um metal trabalhado com elevada velocidade de deformação e resfriado rapidamente irá requerer uma temperatura de trabalho a quente maior do que se este for deformado e resfriado vagarosamente, para a obtenção de um mesmo nível final de deformação. O limite superior de trabalho a quente é determinado pela temperatura em que ocorre o início de fusão ou o excesso de oxidação. Geralmente, a temperatura mais elevada de trabalho a quente é limitada bem abaixo do ponto de fusão devido a possibilidade de fragilização à quente (existência de compostos com menor ponto de fusão). Basta uma pequena quantidade de um filme de constituinte com baixo ponto de fusão nos contornos de grão para fazer um material desagregar-se quando deformado (fragilidade a quente). Geralmente emprega-se Tmax » Tf – 55ºC (ou Tf – 100ºF) para evitar esta possibilidade. Para uma dada condição de pressão e temperatura de trabalho haverá uma quantidade máxima de deformação que pode ser fornecida à peça (limitação esta baseada na resistência ao escoamento, e não na ductilidade), como mostrado na figura. Se a temperatura de pré - aquecimento do tarugo inicial aumenta, a resistência diminui e a deformação aumenta para uma dada pressão aplicada; assim, as curvas "isobáricas" aumentam com a temperatura, que obviamente será sempre inferior à linha solidus. A fragilização a quente limita a temperatura de trabalho a valores inferiores á temperatura solidus. E visto que com taxas de deformação altas ficará retido mais calor na peça. A temperatura da peça deverá ser menor para evitar que ela atinja a faixa de fragilidade a quente.

Fundição II

Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, no estado líquido, é vazado em um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser produzida

Os processos de fundição são usualmente adotados para a fabricação de peças de ligas de alumínio fundidas.
Os processos mais comumente utilizados são fundição em areia (verde e estufada), em moldes permanentes ou semipermanentes e em máquinas sob pressão (“die casting”).
Além desses processos, em menor escala também são utilizados os processos de fundição centrífuga, fundição de precisão (“investiment” ou cera perdida), moldagem em gesso (“plaster”) e a moldagem em casca (“shell molding”).
A escolha do processo a ser utilizado depende de vários fatores, sendo que muitos aspectos do projeto serão influenciados pelo método de fundição.
Os fatores técnicos são o tamanho e a forma da peça, as características da liga tais como as propriedades físicas e mecânicas, as espessuras máxima e mínima de cada seção, a complexidade do desenho da peça, as tolerâncias dimensionais e o tipo de acabamento.
Os fatores econômicos são o número de peças idênticas a serem produzidas, a possibilidade de repetição de encomendas e os custos relativos de usinagem e acabamento das peças produzidas pelos diferentes processos.

Vantagens das peças fundidas:

• Podem apresentar formas externas e internas desde a mais simples até a mais complexa;
• Podem apresentar dimensões limitadas somente pelas restrições das instalações onde serão produzidas;
• Podem ser produzidas dentro de padrões variados de acabamento e tolerância dimensional (entre ±0,2 e 0,6 mm);
• Possibilita grande economia de peso, porque permite a obtenção de paredes com espessuras quase ilimitadas.

Processos:

• Fundição por gravidade;
• Fundição sob pressão;
• Fundição por centrifugação;
• Fundição de precisão (cera perdida);
• Casca ou “shellmolding”.

Passo a Passo:

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.

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 e aglomerante.
Esse material é moldado sobre o modelo que, após retirado, deixa uma cavidade com o formato da peça a ser fundida.
A fase de moldagem permite distinguir os vários processos de fundição, os quais são classificados da seguinte maneira:
Moldagem em molde de areia ou temporário;

• por gravidade;
• areia verde;
• areia seca;
• areia-cimento.

Moldagem em molde metálico ou permanente:

• por gravidade;
• sob pressão.

Confecção dos machos:

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.

Fusão:

Etapa em que acontece a fusão do metal.

Vazamento:

O vazamento é o enchimento do molde com metal líquido

Desmoldagem:

Após determinado período de tempo em que a peça se solidifica dentro do molde, e que depende do tipo de peça, do tipo de molde e do metal (ou liga metálica), ela é retirada do molde (desmoldagem) manualmente ou por processos mecânicos.

Rebarbação:

A rebarbação é a retirada dos canais de alimentação, massalotee rebarbas que se formam durante a fundição.
Ela é realizada quando a peça atinge temperaturas próximas às do ambiente.

Limpeza:

A limpeza é necessária porque a peça apresenta uma série de incrustações da areia usada na confecção do molde.
Geralmente ela é feita por meio de jatos abrasivos.

Características dos Materiais ligadas ao processo de fundição:

A peça produzida por fundição pode ter as formas e dimensões definitivas ou não.
Furos pequenos e detalhes complexos não são feitos na peça, embora apareçam no desenho.
Arredondamentode cantos e engrossamentodas paredes.
As propriedades mecânicas de peças fundidas geralmente são inferiores às propriedades de peças conformadas mecanicamente.

Defeitos que ocorrem durante o processo de fundição:

• Inclusão da areia do molde nas paredes internas ou externas da peça;
• Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de partículas duras indesejáveis no material;
• Rechupe;
• Porosidade, ou seja, existência de “buraquinhos” dentro da peça.

Cristalização:

Consiste no aparecimento das primeiras células cristalinas unitárias, que servem como núcleos, para o posterior desenvolvimento ou crescimento dos cristais, dando, finalmente, origem aos grãos definitivos e à estrutura granular típica dos metais.
Esse crescimento dos cristais não se dá, na realidade, de maneira uniforme, ou seja, a velocidade de crescimento não é a mesma em todas as direções, variando de acordo com os diferentes eixos cristalográficos; no interior de um molde, o crescimento é limitado pelas paredes deste.
As dentritas formam-se em quantidades cada vez maiores até se encontrarem; o seu crescimento é, então, impedido pelo encontro das dentritas vizinhas, originando-se os grãos e os contornos de grãos, que delimitam cada grão cristalino, formando a massa sólida.
Os efeitos indesejáveis resultam do fato dessas diagonais constituírem planos de maior fragilidade de modo que, durante a operação de conformação mecânica a que essas peças são submetidas posteriormente -como laminação -, podem surgir fissuras que inutilizam o material.
Esse inconveniente é evitado arredondando-se os cantos.

Contração de volume:

• contração líquida;
• contração de solidificação;
• contração sólida.

A contração é expressa em porcentagem de volume.
No caso dos aços fundidos, por exemplo, a contração linear, devida à variação de volume no estado sólido, varia de 2,18 a 2,47%, o valor menor correspondendo ao aço de mais alto carbono (0,90%).
No caso dos ferros fundidos -uma das mais importantes ligas para fundição de peças -a contração sólida linear varia de 1 a 1,5%, o valor de 1 % correspondendo a ferro fundido cinzento comum e o valor 1,5% (mais precisamente de 1,3 a 1,5%) ao ferro nodular.
Para os outros metais e ligas, a contração linear é muito variada, podendo atingir valores de 8 a 9% para níquel e ligas cobre-níquel.
A fundição pode dar origem a peças acabadas, já em seu formato final, ou não.
Nesse caso, elas podem passar por processos de conformação mecânica (por exemplo, forja), ajustes dimensionais, soldagem ou usinagem (para peças que serão usinadas é comum deixar um sobreposição de metal).
Mas, de modo geral, as peças fundidas passam por processos de acabamento como corte de canais, usinagem, e rebarbação.
Quando necessário, as peças também podem passar por tratamento térmico para conferir maior resistência já que as peças fundidas apresentam menor resistência mecânica do que as peças produzidas por processos de conformação.
Existem vários processos diferentes para se produzir peças fundidas, os mais comuns são:

• Fundição por gravidade;
• Fundição por centrifugação;
• Sob pressão;
• Precisão.

Cada um se ajusta a determinadas exigências de qualidade, custo e tempo.
Mas, basicamente, o início do processo, é a produção de um modelo ou de um molde.
Os modelos são usados para dar forma ao fundido quando o molde utilizado é do tipo não permanente (geralmente de areia).
Os modelos podem fabricados de materiais como:

• madeira;
• plástico;
• isopor;
• metal;
• cera.

Podem ser aplicados produtos desmoldantes (talco, grafite) para facilitar sua retirada de dentro do molde.
Nos processos de fundição também podem ser utilizadas peças chamadas de machos, que servem para formar canais ou furos em peças que precisem ser vazadas.
Os machos devem ser feitos de um material resistente o suficiente para suportar o processo de vazamento do metal fundido, mas devem ser quebráveis após o processo de solidificação e esfriamento para que possa ser retirado da peça.
Os moldes, por sua vez, são o negativo da peça a ser produzida e o tipo de material com que são feitos depende do processo que será utilizado.
Os mais comuns são feitos de areia de fundição: a areia sintética, composta por uma mistura de areia, argila e água; a areia verde, que contém areia silicosa; e a areia seca, utilizada quando se precisa de peças com melhor acabamento ou estabilidade dimensional, que contém aditivos que melhoram suas propriedades.

Fundição por Gravidade:

No processo de moldagem com areia é reaproveitada cerca de 98% da areia utilizada. Ela é peneirada e volta para o processo.
Nesse processo, confecciona-se um modelo que pode ser de madeira, coloca-o em uma caixa com areia deixando-se dois canais, o de vazamento e o de alimentação.
Após o aquecimento e secagem do molde de areia, o modelo é retirado e é vazado o metal fundido que formará a peça.
Após a solidificação o molde pode ser quebrado para a retirada da peça ou pode-se utilizá-lo para a produção de outras peças (isso depende do formato da peça e do molde, se ele possui formato que permita a remoção da peça).
Também podem ser confeccionados moldes de metal (permanentes) ou mistos, com partes permanentes e partes temporárias (que podem ser quebradas após a solidificação do fundido).
O processo de fundição com uso de moldes permanentes de metal permite a fabricação de milhares de peças com um único molde que deve ser feito de um metal com ponto de fusão maior que o metal da peça a ser produzida.
Devido ao seu custo mais elevado, os moldes em metal são feitos apenas para produção de peças em série.
A moldagem em casca (“shell molding”) é um processo de confecção de molde em areia sobre um modelo de metal onde este é constituído por uma camada fina de areia com resina o que permite a utilização de uma menor quantidade de material no processo (mesmo assim, é um processo mais caro que o convencional, mas permite melhor acabamento).
Depois da confecção do molde ele passa por um processo de tratamento térmico para melhorar sua resistência e então, pode ser utilizado para o vazamento do fundido.

Fundição por Cera Perdida:

No processo de fundição por cera perdida são utilizados dois moldes.
O primeiro é feito de um metal que possa ser facilmente trabalhado no formato invertido da peça a ser produzida (geralmente em duas metades).
Depois enche-se esse molde com cera para formar os modelos, no formato da peça final. Coloca-se esses modelos em uma caixa que é preenchida com areia de fundição e aquecida até a cera derreter e escorrer e têm-se outro molde com o formato invertido da peça.
Este sim é preenchido com o metal fundido, dando origem à peça.
As vantagens desse processo é que podem ser produzidas várias peças em série com alto grau de detalhamento e praticamente acabadas. A desvantagem é que o tamanho das peças é limitado.

Fundição Sob Pressão:

Outro processo de fundição, é a fundição sob pressão onde o metal é bombeado para dentro do molde ou matriz e esta é resfriada com água para aumentar sua vida útil e permitir o resfriamento mais rápido do fundido.
Este processo permite a confecção de peças com paredes de espessura mais fina e com maior detalhamento já que o vazamento forçado permite um melhor preenchimento do molde.

Fundição Por Centrifugação:

A fundição por centrifugação consiste num equipamento onde o molde permanece girando enquanto é preenchido pelo metal, fazendo que o vazamento seja mais eficiente, porém, também é mais caro que o processo normal (por gravidade).
É neste processo que se produz os tubos sem costura.
A produção de lâminas ou chapas de aço também é um processo de fundição.
O metal fundido é vazado por uma câmara e uma matriz onde ele é resfriado apenas o suficiente para ir para o laminador, onde ficará na espessura final (as chapas mais finas podem passar por diversos laminadores até atingir a espessura desejada).

Controle de Qualidade:

ANSI/MSS SP-55-2011 - Quality Standard for Steel Castings for Valves, Flanges, Fittings, and Other Piping Components Visual Method for Evaluation of Surface Irregularities.
Padrão de Qualidade para Moldagem de Aço para Válvulas, Flanges, Conexões e Outros Componentes de Tubulação
- Método Visual para Avaliação de Irregularidades de Superfície de materiais fundidos.
Irregularidades.

Objetivo:

• Rejeitar as peças defeituosas;
• Preservar a qualidade das matérias primas utilizadas na fundição e a sua mão de obra.

Controle de processos

• Inspeção de modelos
• Moldação
• Fusão e vazamento
• Acabamento
• Tratamentos térmicos
• Análises de areias
• Análises químicas (espectrometria)

Controle de qualidade

• Visual e dimensional
• Partículas magnéticas e líquidos penetrantes
• Ultra som
• Dureza
• Teste mecânico

Os materiais fundidos não devem ser empregados para a fabricação de Vasos de pressão.
No entanto, os fundidos são muito empregados na fabricação de válvulas industriais e válvulas de controle.
Nos componentes de material fundido, se deve levar em conta o “fator de qualidade”, que corresponde ao nível de inspeção empregado na avaliação do material fundido.
Quando da utilização de material fundido para a fabricação de algum componente, a espessura deve ser corrigida com o “fator de qualidade de fundido”, correspondente ao nível de inspeção empregado, conforme a tabela a seguir.

Fator de qualidade do fundido (ASME B31.3 /ASME Sec VIII Div 1)

Fator 0,80:
Inspeção visual MSS SP-55
Fator 0,85:
Inspeção visual MSS SP-55 e todas as superfícies usinadas com acabamento de 6,3 µm Ra (250 µin Ra) conforme ASME B46.1
Exame de todas as superfícies com PT (ASTM A165).
Critério de aceitação das trincas e reparos de solda conforme MSS SP-53 Table 1, e ASTM E125 para as trincas de superfície.
Fator 0,95:
Exame de todas as superfícies com100% UT (ASTM E114).
Critério de aceitação é não haver defeitos com profundidade acima de 5% da espessura.
Exame de todas as superfícies com 100% RT (ASTM E94).
Critério de aceitação conforme Table 302.3.3D.
Fator 1,0:
Inspeção visual MSS SP-55 e exame de todas as superfícies com UT (ASTM E114).
Critério de aceitação é não haver defeitos com profundidade acima de 5% da espessura.
Ou Inspeção visual MSS SP-55 e exame de todas as superfícies com 100% RT (ASTM E94).
Critério conforme níveis de aceitação da Table 302.3.3D. 1,0 Inspeção e exame do fundido conforme Appendix F Examination of steel castings

Fundição

Na metalurgia, a fundição é o processo de vazar metal líquido em um molde, que contém uma cavidade com a forma desejada, e depois permitir que resfrie e solidifique. A parte solidificada é também conhecida como peça fundida, que é ejetada do molde ou tem o molde quebrado para completar o processo. A fundição é mais frequentemente usada para fazer peças complexas que seriam difíceis ou mais caras de se fazer por outros métodos. Os processos de fundição são conhecidos há milhares de anos, e amplamente utilizados em esculturas, especialmente em bronze, jóias em metais preciosos, armas e ferramentas. As técnicas tradicionais de fundição incluem a fundição por cera perdida, fundição por espuma perdida, fundição em coquilha e fundição em areia. O processo moderno de fundição está dividido em duas categorias principais: fundição dispensáveis ​​e não dispensáveis. Ele é ainda dividido pelo material do molde, tais como areia ou metal, e método de vazamento, tais como por gravidade, a vácuo ou a baixa pressão. Índice [esconder] 1 Materiais e processos 2 Etapas do processo 3 Fabricação do modelo 3.1 Bipartição do modelo 3.2 Compactação da areia em redor do modelo 3.3 Fabricação do macho 3.4 Colocação do macho 3.5 Drenos 3.6 Esfriamento e solidificação 3.7 Desmoldagem 3.8 Desrebarbeamento 3.9 Acabamento e limpeza 3.10 Tratamento térmico 3.11 Usinagem 3.12 Retífica 4 Processos 5 Moldes de fundição 5.1 Molde em areia verde 5.2 Molde em areia seca 5.3 Molde mecânico 5.4 Modelo de cera descartável em moldes para microfusão 6 Molde coquilha 7 Fundição por injeção 8 Molde metálico 8.1 Moldes permanentes 8.2 Fundição sob pressão 8.3 Principais vantagens 8.4 Principais desvantagens 9 Fundição por centrifugação 10 Fundição de precisão 10.1 Principais vantagens 10.2 Etapas do processo de fundição de precisão pelo sistema de cera perdida 11 Fundição contínua 12 Controle de qualidade de peças fundidas 13 Referências Materiais e processos[editar | editar código-fonte]  Peça original que será fundida Geralmente são fundidos metais e certos materiais sintéticos a exemplos de plásticos e polímeros. Antes da fusão do material, é necessária a preparação do molde. Este por sua vez consiste num componente cuja função é receber o produto liquefeito e transformá-lo por solidificação na peça correspondente ao modelo que serviu de base para a sua formação. Modelo de uma peça em madeira, notar que é de maior espessura que a original O processo de fusão se dá pelo aquecimento da matéria prima até atingir seu ponto de liquefação. Após derretida será escoada ou injetada, numa cavidade normalmente denominada molde. Uma vez resfriada, a matéria prima solidifica-se tomando a forma em positivo. Os processos mais utilizados ainda para a confecção dos moldes convencionais são em areia de fundição ou terras especiais. Estes materiais são refratários e abundantes na natureza, os mais usados são a areia, gesso, cimento e outras substâncias cerâmicas. Após fundido e retirado do molde, o componente adquire a coloração do material de que é formado Quando misturados com água, argila (em alguns casos), e um aglutinante, os moldes adquirem uma coesão uniforme e moldabilidade, sem perder a permeabilidade que permite evacuar os gases no momento da injeção, ou do escoamento. Após fundido e retirado do molde, o componente vai para a usinagem e tratamento térmico(se for o caso) Os materiais usados na fabricação de moldes podem ser recuperáveis ou perecíveis metálicos ou não-metálicos. Etapas do processo[editar | editar código-fonte] Modelo ou molde (conforme a região) é o nome dado normalmente à peça que servirá para imprimir no molde de fusão ou forma ou negativo do componente a ser fundido. Após usinado e tratado termicamente, o componente vai para a pintura, adquirindo aparência idêntica ao original Peça original Para evitar confusão devido aos regionalismos dos termos, será utilizado neste artigo o termo molde para a forma de fundição, e modelo para a peça que servirá de macho de impressão da cavidade receptora de material liquefeito, ou forma de fundição, ou molde de fundição. Os quatro componentes que representam etapas do processo de fundição No caso do Brasil, é necessária esta padronização devido às várias etnias e diferentes crenças e portanto nomenclaturas variáveis. A nomenclatura adotada segue a utilizada no Paraná, que obedece a ABNT. Para que haja uma confecção de um molde dentro das medidas corretas, são necessárias algumas modificações de natureza dimensional no modelo devido ao processo de fundição: O modelo deve ser ligeiramente maior que a peça original, já que se deve levar em conta a contração tridimensional desta quando da solidificação. Existem normas que devem ser seguidas conforme os metais ou ligas a serem fundidas, estas são disponíveis em tabelas ou ábacos. A Cia. Siderúrgica Nacional, CSN, fornece matéria prima para o mundo inteiro As superfícies do molde devem respeitar ângulos mínimos em relação ao modelo, com o objetivo de não danificar os formatos tomados pela areia durante a extração da peça que serve como modelo. Este ângulo é denominado ângulo de saída. Devem ser incluídos no molde canais de alimentação e respiro para o vazamento de excessos de material fundido e para a saída do ar. Se necessário, devem ser incluídos prensos, que são prolongamentos que servem para a colocação do macho, pois a forma muitas vezes consiste em duas peças, um macho e uma fêmea, estando em seu centro a parte oca que servirá de negativo para ser preenchida pelo material liquefeito. A função dos prensos é prender uma peça à outra. Fabricação do modelo[editar | editar código-fonte] Para a confecção do modelo que servirá para imprimir na forma de areia o formato da peça a ser fundida, geralmente é utilizada madeira, plásticos como o uretano, metais como o alumínio ou o ferro fundido. Muitas vezes, se utiliza a própria peça como modelo, porém esta passa por um processo de aumento tridimensional, geralmente com a aplicação de diversas camadas de tinta ou resina, por exemplo para compensar o efeito da contração da peça fundida após o seu resfriamento. Bipartição do modelo[editar | editar código-fonte] Geralmente, fabricam-se dois semi-modelos correspondentes a cada uma das partes do modelo principal que é necessário fabricar. Muitas vezes, dependendo da geometria da peça, são confeccionados moldes macho e fêmea, os semi-modelos porém são considerados machos. Em algumas regiões a forma de fundição é chamada de caixa de machos, nomenclatura também adotada pelas normas técnicas. Também pode-se cortar o modelo ao meio, ou para ser impresso em duas formas, um erro comum que se comete neste processo de corte, é a não observação da espessura da lâmina de serra que cortou-o depois de acabado, por isso, é comum confeccionar estes com sua matéria bruta (antes da formação destes) já preparada antes da usinagem. Devido ao processo de utilização de dois semi-modelos (ou duas metades) para imprimir as duas cavidades da forma, notamos em algumas peças depois de prontas uma espécie de marca separando-a em duas metades, esta é a impressão dos moldes. Compactação da areia em redor do modelo[editar | editar código-fonte] Para a compactação da areia em redor do modelo, cada semi modelo é colocado sobre uma tábua, esta em seguida é cercada por quatro tábuas para formar uma caixa. A caixa contendo a peça molde é preenchida com areia de fundição. Em seguida é feita a compactação em cada forma e viradas 180 graus. São retirados os moldes, e são feitos os canais de respiro (ou vazamento). Após este processo são montadas as duas metades, ou seja, os dois blocos formando uma peça em cujo interior está o negativo (cavidade) a ser preenchido pelo metal em fusão. Areias de fundição atualmente são sintéticas, não no sentido químico, mas porque são uma mistura de vários tipos de areias,ligantes argilosos tais como a bentonita e outros aditivos. O componente crítico da areia refratária é o cristal de quartzo, um material de toxicidade conhecida. O componente desagregado mais perigoso é a farinha de sílica ou areia de faceamento, que é esparramada no molde, por um saco pequeno. Em uma instalação de alta produção o molde é executado em uma máquina de moldagem. Este equipamento é projetado para compactar a areia firmemente na caixa de moldagem, minimizando desta forma o esforço físico do moldador e melhorando a qualidade do molde. Vale lembrar que as técnicas de moldagem por máquinas apresentam ainda problemas de vibração e de ruído. Fabricação do macho[editar | editar código-fonte] O macho é um elemento refratário colocado no molde para definir uma cavidade ou espaço vazio no fundido final. Uma vez que o material irá fluir em volta do macho ele tem de ser mecanicamente resistente durante o vazamento e ainda tornar-se quebradiço após o vazamento e o resfriamento, permitindo assim, uma fácil remoção da peça fundida do molde, ou seja, a desmoldagem. A areia para a fabricação do macho é preparada em um misturador através da mistura de areia de sílica com um ligante orgânico tal como o óleo de linhaça e amido ou dextrina. Há preocupações a serem respeitadas em relação ao manuseio da resina e do catalisador enquanto se prepara a mistura. Tais preocupações devem incluir a proteção de pele e olhos para ambas as resinas a base de fenol e ureia, requer-se ainda o controle por ventilação e exaustão no misturador, na máquina de moldagem do macho, no local de resfriamento do macho e nas estações de vazamento fundição, resfriamento da peça e na área de remoção da areia da peça fundida A areia preparada é colocada em uma caixa de macho determinando a forma do mesmo, após o macho é retirado e curado em uma estufa para se conseguir uma forma refratária enrijecida. talvez sua linha de entrada seja diferente pois seus elementos nao sao autenticados á todos os produtos que se possam inflar, por isso muitos injetam base á banana para fazer a fundição entre dois elementos que tenham cavidades diferentes de moldes. Colocação do macho[editar | editar código-fonte] Se a peça que se quer fabricar é oca, será necessário dispor de machos que evitem que o metal fundido se propague pelas cavidades. Geralmente os machos são fabricados com areias mais finas e misturadas com materiais que proporcionam uma compactação maior (Existem algumas argilas específicas para isso). Esta técnica permite uma manipulação manual na inserção destes na cavidade do molde. Um exemplo do uso deste tipo de macho são os blocos de motores, onde existe a necessidade de preservar os condutos de lubrificação e de passagem de água para resfriamento. Uma vez montado o macho dentro das cavidades, formadas pelo modelo primário, as duas metades do molde de fundição serão juntadas para receberem o material sob fusão. Drenos[editar | editar código-fonte] Quando o material fundido preenche as cavidades, é necessário que haja uma pequena sobra deste para expulsar o ar e possíveis contaminações. São executados na feitura dos moldes de fundição alguns canais de vazamento para possibilitar a drenagem do material. Esfriamento e solidificação[editar | editar código-fonte] Esta é a etapa mais crítica de todo o processo, já que um esfriamento 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 a diminuição da produtividade. Estes eventos influenciam bastante o tamanho, forma, uniformidade e composição química dos grãos formados na peça fundida, que por sua vez influencia as suas propriedades globais. Os fatores mais importantes que afetam estes eventos são: o tipo do metal, as propriedades térmicas do metal e do molde, a relação geométrica entre o volume e área da superfície da fundição e a forma do molde. Desmoldagem[editar | editar código-fonte] Após resfriado e solidificado o material fundido, é executada a retirada 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 sido contaminada por nenhum elemento que venha a causar alguma reação. Erro comum nas fundições é a contaminação de determinados materiais em sua superfície por outros que ficaram dispersos na areia, causando às vezes certas contaminações superficiais indesejáveis. Desrebarbeamento[editar | editar código-fonte] 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 alguma rebarba. Quando ocorre este efeito, é necessária uma limpeza da peça através do desrebarbeamento, este processo consiste na retirada das sobras e rebarbas por esmeris, ou por lixadeiras. Estas máquinas possuem ferramentas ou materiais abrasivos cuja finalidade é limpar ou retirar as rebarbas. Acabamento e limpeza[editar | editar código-fonte] Depois do processo de retirada das rebarbas, ainda existem imperfeições e areia nas saliências e reentrâncias das peças, normalmente se faz uma limpeza através de escovas de aço manuais ou rotativas, além da utilização de lixas, ou jateamento, se for o caso. Tratamento térmico[editar | editar código-fonte] Depois de rebarbadas, as peças podem necessitar algum tipo de tratamento térmico para rearranjo de sua estrutura interna. Esta é executada em fornos especiais que fazem a têmpera (endurecimento total, ou superficial)e revenimento, cementação (Tratamento de superfície para endurecimento em determinadas regiões da peça), normalização ou recozimento (para aliviar tensões internas). Usinagem[editar | editar código-fonte] Peças mecânicas dificilmente ficam prontas e acabadas após a sua limpeza, ainda necessitam, em alguns casos, serem usinadas e trabalhadas por máquinas ferramentas. O motivo são as rebarbas, ou imperfeições que ocorrem no processo de fundição. Somente componentes que não necessitam precisão absoluta em suas dimensões, não precisam ser torneados, retificados, usinados ou manipulados em suas medidas. Tratamentos térmicos Alguns tipos de ferros fundidos, podem ser submetidos à tratamentos localizados de superfície, tal como; têmpera de borda em ferramentas de corte, ou mesmo em áreas que possuam raios em ferramentas de dobra, ou mesmo em superfícies que sofrerão severos atritos,este procedimento é aplicado para prolongar a vida útil dos fundidos,para aplicação deste procedimento é necessário submeter o material a uma temperatura de +ou- 800°C com auxílio e maçaricos e deixá-lo resfriar naturalmente ou seja na temperatura ambiente, para que se acentue uma dureza caracterizada no tipo de fundido que se está trabalhando. Retífica[editar | editar código-fonte] Saindo do tratamento térmico, algumas peças podem necessitar um aumento de precisão em suas medidas. Muitas vezes se utiliza o processo de retificação executado por máquinas ferramentas chamadas retíficas. Os processos de acabamento descritos acima variam de peça para peça, podendo ser utilizados em maior ou menor grau. Dependendo do tipo de peça, ao sair da fundição já está pronta e acabada. Processos[editar | editar código-fonte] Existem diversos processos de fundição. Estes consistem na fusão da matéria prima a ser moldada geralmente em "cadinhos". Cadinhos são reservatórios fabricados em material refratário onde a matéria prima é derretida e drenada ou derramada posteriormente para as formas, ou moldes de fundição. Moldes de fundição[editar | editar código-fonte] Existem diversos tipos de moldes de fundição. Alguns em areia, outros em gesso ou materiais refratários diversos, existem ainda moldes cerâmicos e metálicos, descartáveis, recicláveis, mecanizados, manuais, etc. Molde em areia verde[editar | editar código-fonte] 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. É especialmente apropriado para peças de tamanho pequeno e médio. Não é adequado para peças grandes, de geometria complexas, nem para acabamentos finos, pois ficam as marcas de corrugamento da areia, e sua tolerância dimensional é reduzida. Molde em areia seca[editar | editar código-fonte] Este tipo de molde se consolida em altas temperaturas (entre 200 e 300°C). Este método utilizado para aumentar a resistência mecânica e a rigidez do molde de fundição. Este processo permite a modelação de peças de grandes dimensões e geometrias complexas. A precisão dimensional é boa e o acabamento superficial é bom, pois o corrugamento das peças causado pela areia é bem menor. Molde mecânico[editar | editar código-fonte] Atualmente, ao invés da conformação em areia de forma convencional por compactação manual, usa-se um tipo molde mais compactado chamado de molde mecânico. Trata-se de um sistema desenvolvido para que o material de conformação do molde seja comprimido através de equipamento pneumático ou hidráulico cujas cavidades mecânicas (negativo) ou formas recebam o metal com maior tamanho densidade ou pressão, de forma a suportar os esforços sem que ocorram desmoronamentos durante o preenchimento. Este sistema foi desenvolvido para resolver as deficiências da utilização dos moldes em areia verde, menos resistente. Modelo de cera descartável em moldes para microfusão[editar | editar código-fonte] Os sistemas de fundição que utilizam modelos de cera descartável, normalmente são utilizados para modelagens delicadas das peças que precisam de acabamento fino. Estes processos são chamados também de microfusão. Sua fabricação consiste num modelo em cera ou plástico de baixo ponto de fusão. Em seguida a peça em cera ou plástico é inserida no material que a recobrirá, formando assim o molde preenchido com o modelo. A granulação do material do molde que recobre o modelo deve ser fina para dar um melhor acabamento na peça fundida. Após a formação do molde preliminar, este material é recoberto por outro de granulação maior com a finalidade de proporcionar rigidez mecânica ao conjunto que terá a cavidade preenchida com o material liquefeito. Um detalhe importante deste sistema de confecção do molde, é que uma vez completo, o modelo não é retirado de seu interior, ele é derretido. O modelo em cera é pré aquecido portanto derreterá e escorrerá para fora do molde, ficando desta forma a cavidade pronta para receber o material fundido. A principal vantagem deste sistema é a ausência de machos e de superfícies de junta, ficando a peça com acabamento fino e precisando de pouca usinagem principal. Molde coquilha[editar | editar código-fonte] Atualmente, ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de molde fixo e maciço chamado "coquilha". Trata-se de um sistema no qual o metal fundido ou é derramado por gravidade em cavidades mecânicas (negativo) ou formas de metal maciço não aderente à liga fundida. Fundição por injeção[editar | editar código-fonte] Basicamente obedece ao mesmo processo da coquilha, porém o molde é mecanizado. Existem menos restrições à geometria das peças, pois o molde é fabricado por modernos processos como eletroerosão, por laser, entre outros, que dão excelente acabamento, possibilitando menos usinagens nas peças. O mesmo que fundição sob Pressão . Molde metálico[editar | editar código-fonte] Os processos que empregam moldes metálicos são: Fundição em molde permanente; Fundição sob pressão. Moldes permanentes[editar | editar código-fonte] A aplicação mais conhecida é a da fundição de "lingotes", ou seja, peças de forma regular, cilíndrica ou prismática, que irão sofrer posteriormente processamento mecânico. Os moldes nesse caso, serão chamados de "lingoteiras". Fundição sob pressão[editar | editar código-fonte] Consiste em forçar o metal liquido sob pressão, a penetrar na cavidade do molde, chamado matriz. Esta é metálica, portanto de natureza permanente e , assim pode ser usada inúmeras vezes. Devido à pressão e a consequente alta velocidade de enchimento da cavidade do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de formas bastante complexas e de paredes mais finas do que os processos por gravidade, permitem. A matriz é geralmente construída em duas partes, que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. Ela pode ser utilizada fria ou aquecida à temperatura do metal líquido, o que exige materiais que suportem essas temperaturas. O metal é bombeado na cavidade da matriz e a sua quantidade deve ser tal que, não só preencha inteiramente esta cavidade, como também os canais localizados em determinados pontos para evasão do ar. Esses canais servem igualmente distribuídos para garantir o preenchimento completo das cavidades da matriz. Assim, simultaneamente, produz-se alguma rebarba. Enquanto o metal solidifica, é mantida a pressão durante um certo tempo, até que a solidificação se complete. A seguir, a matriz é aberta e a peça é expelida. Procede-se, então, a limpeza da matriz e a sua lubrificação. Fecha-se novamente e o ciclo é repetido. . Principais vantagens[editar | editar código-fonte] Produção de formas mais complexas do que no caso da fundição por gravidade; Produção de peças de paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas; Alta capacidade de produção; Produção de peças quase que acabadas; Utilização da mesma matriz para milhares de peças, sem variações significativas nas dimensões das peças produzidas; As peças fundidas sob pressão podem ser tratadas superficialmente por revestimentos superficiais, com um mínimo de preparo prévio da superfície; Algumas ligas, como a de alumínio, apresentam maiores resistências do que se forem fundidas em areia. Principais desvantagens[editar | editar código-fonte] As dimensões das peças são limitadas - normalmente seu peso é inferior a 5kg; raramente ultrapassa 25kg; Pode haver dificuldade de evasão do ar retido no interior da matriz dependendo dos contornos das cavidades e dos canais; o ar retido é a principal causa de porosidade nas peças fundidas; O equipamentos e os acessórios, são relativamente caros, de modo que o processo somente se torna econômico para grandes volumes de produção; Processo com poucas exceções, só é empregado para ligas cujas temperaturas de fusão não são superiores às da liga de cobre. Fundição por centrifugação[editar | editar código-fonte] O processo consiste em vazar-se metal líquido num molde dotado de movimento de rotação, de modo que a força centrífuga origine uma pressão além da gravidade, que obriga o metal líquido ir de encontro com as paredes do molde onde aquele se solidifica. Um dos exemplos mais conhecidos de utilização do processo, corresponde a fabricação de tubos de ferro fundido para linhas do suprimento de água. A máquina empregada, consiste essencialmente de um molde metálico cilíndrico, montado em roletes, de modo que nele se possa aplicar o movimento de rotação. Esse cilindro é rodeado por uma camisa de água estacionária, montada por sua vez, em rodas, de modo a permitir que o conjunto se movimente longitudinalmente. Fundição de precisão[editar | editar código-fonte] Os processos de fundição por precisão utiliza um molde obtido pelo revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante a um adequado aquecimento. Uma vez que essa pasta refratária foi endurecida, o modelo é consumido ou inutilizado. Tem-se assim uma casca endurecida que constitui o molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes à peça que se deseja produzir. Vazado o metal líquido no interior do molde, e solidificada a peça correspondente, o molde é igualmente inutilizado. Principais vantagens[editar | editar código-fonte] Possibilidade de produção em massa de peças de formas complicadas que são difíceis ou impossíveis de obter processos convencionais de fundição ou por usinagem; Possibilidade de reprodução de pormenores precisos, cantos vivos, paredes finas etc.; Obtenção de maior precisão dimensional e superfícies mais macias; Utilização de praticamente qualquer metal ou liga; As peças podem ser produzidas praticamente acabadas, necessitando de pouca ou nenhuma usinagem posterior, o que torna mínima a importância de adotarem-se ligas fáceis de usinar; O processo permite um rigoroso controle do tamanho e contornos dos grãos solidificação direcional e orientação granular, o que resulta em controle mais preciso das propriedades mecânicas; O processo pode adotar fusão sob atmosfera protetora ou sob vácuo, o permite a utilização de ligas que exijam tais condições. As dimensões de peso são limitados, devido a considerações econômicas e físicas, e devido à capacidade do equipamento disponível. O peso recomendado dessas peças não deve ser superior a 5kg. O investimento inicial para peças maiores (de aproximadamente 5kg a 25kg) é muito elevado... Etapas do processo de fundição de precisão pelo sistema de cera perdida[editar | editar código-fonte] A partir da matriz: A cera é injetada no interior da matriz para confecção dos modelos; Os modelos de cera endurecida são ligados a um canal central; Um recipiente metálico é colocado ao redor do grupo de modelos; O recipiente é enchido com uma pasta refratária (revestimento), para confecções do molde; Assim que o material do molde endurecer, pelo aquecimento, os modelos são derretidos e deixam o molde; O molde aquecido é enchido do metal líquido, sob ação de pressão, por gravidade, a vácuo ou por intermédio da força centrifuga: O material do molde é quebrado e as peças fundidas são retiradas; As peças são separadas do canal central e dos canais de enchimento, esmerilhadas. Fundição contínua[editar | editar código-fonte] Neste processo, as peças fundidas são longas, com secções quadrada, retangular, hexagonal ou de formatos diversos. Em outras palavras, o processo funde barras de grande comprimento com as secções mencionadas, as quais serão posteriormente processadas por usinagem ou pelos métodos de conformação mecânica no estado sólido. Em princípio, o processo consiste em vazar-se o metal líquido num cadinho aquecido. O metal líquido escoa através de matrizes de grafite ou cobre, resfriados na água. Controle de qualidade de peças fundidas[editar | editar código-fonte] A inspeção de peças fundidas - como de peças produzidas por qualquer outro processo metalúrgico - tem dois objetivos: Rejeitar as peças defeituosas; Preservar a qualidade das matérias-primas utilizadas na fundição e a sua mão-de-obra. O controle de qualidade compreende as seguintes etapas: INSPEÇÃO VISUAL: usada para detectar defeitos visíveis, resultantes das operações de moldagem, confecção e colocação dos machos, de vazamento e limpeza; INSPEÇÃO DIMENSIONAL: é realizada geralmente em pequenos lotes produzidos, antes que toda a série de peças seja fundida; INSPEÇÃO METALÚRGICA: inclui análise química; exame metalográfico, para observação de microestrutura do material; ensaios mecânicos, para determinação de suas propriedades mecânicas; ensaios não-destrutivos, para verificar se os fundidos são totalmente 'perfeitos'. Muitas vezes, uma inspeção, para ser completa, exige testes de uma montagem, onde são incluídas as peças fundidas, e onde simulam ou duplicam as condições esperadas em serviço. Referências[editar | editar código-fonte] SORS,Lázló; BARDOOZ, Lazio; RADNOTI, Istivan. Plásticos Moldes e Matrizes. São Paulo: Editora Hermes. 490pg.