Forjamento e Fundição - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Forjamento e Fundição - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas de engenharia mecanica sobre o estudo do forjamento e fundição, tipos, equipamentos, etapas, materiais.
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FORJAMENTO E FUNDIÇÃO

MEC 38

FORJAMENTO

Forjamento é o nome genérico de operações de conformação mecânica efetuadas com esforço de compressão sobre um material dúctil, de tal modo que ele tende a assumir o contorno ou perfil da ferramenta de trabalho. Na maioria das operações de forjamento emprega-se um ferramental constituído por um par de ferramentas de superfície plana ou côncava, denominado matriz ou estampo. A maioria das operações de forjamento é executada a quente; contudo, uma grande variedade de peças pequenas, tais como parafusos, pinos, porcas, engrenagens, pinhões, etc., são produzidas por forjamento a frio.

O forjamento é o mais antigo processo de conformar metais, tendo suas origens no trabalho dos ferreiros de muitos séculos antes de Cristo. A substituição do braço do ferreiro ocorreu nas primeiras etapas da Revolução Industrial. Atualmente existe um variado maquinário de forjamento, capaz de produzir peças das mais variadas formas e tamanhos, desde alfinetes, pregos, parafusos e porcas, até rotores de turbinas e asas de avião.

TIPOS, EQUIPAMENTOS, ETAPAS E MATERIAIS

O forjamento pode ser dividido em dois grandes grupos de operações:

A) Forjamento em Matriz Aberta (Forjamento Livre)

O material é conformado entre matrizes planas ou de formato simples, que normalmente não se tocam (ver figura ao lado).

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É usado geralmente para fabricar peças grandes, com forma relativamente simples (por exemplo, eixos de navios e de turbinas, ganchos, correntes, âncoras, alavancas, excêntricos,

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ferramentas agrícolas, etc.) e em pequeno número; e também para pré-conformar peças que serão submetidas posteriormente a operações de forjamento mais complexas.

Forjamento em matriz aberta

B) Forjamento em Matriz Fechada

O material é conformado entre duas metades de matriz que possuem, gravadas em baixo- relevo, impressões com o formato que se deseja fornecer à peça (ver figura ao lado). A deformação ocorre sob alta pressão em uma cavidade fechada ou semi-fechada, permitindo assim, obter-se peças com tolerâncias dimensionais melhores do que no forjamento livre.

Nos casos em que a deformação ocorre dentro de uma cavidade totalmente fechada, sem zona de escape, é fundamental a precisão na quantidade fornecida de material: uma quantidade insuficiente implica falta de enchimento da cavidade e falha no volume da peça; um excesso de material causa sobrecarga no ferramental, com probabilidade de danos ao mesmo e ao maquinário. Dada a dificuldade de dimensionar a quantidade exata fornecida de material, é mais comum empregar um pequeno excesso. As matrizes são providas de uma zona oca especial para recolher o material excedente ao término do preenchimento da cavidade principal. O material excedente forma uma faixa estreita (rebarba) em torno da peça forjada. A rebarba exige uma operação posterior de corte (rebarbação) para remoção.

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Forjamento em matriz fechada com criação de rebarba

Os equipamentos mais empregados incluem duas classes principais:

(a) Martelos de forja, que deformam o metal através de rápidos golpes de impacto na superfície do mesmo. Geram deformação irregular nas fibras superficiais, dando grande resistência mecânica a pontas de eixo, virabrequins, etc.

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(b) Prensas, que deformam o metal submetendo-o a uma compressão contínua com velocidade relativamente baixa. Todas as camadas da estrutura são atingidas, dando maior homogeneidade à estrutura da peça.

Os processos convencionais de forjamento são executados tipicamente nas seguintes etapas consecutivas:

1. Corte do material;

2. Aquecimento (para forjamento a quente);

3. Pré-conformação mediante operações de forjamento livre, também conhecida como conformação intermediária;

4. Forjamento em matriz (em uma ou mais etapas);

5. Rebarbação;

6. Tratamento térmico (remoção de tensões, homogeneização da estrutura, melhoria da usinabilidade e propriedades mecânicas).

De um modo geral, todos os materiais conformáveis podem ser forjados. Os mais utilizados para a produção de peças forjadas são os aços (comuns e ligados, aços estruturais, aços para segmentação e para beneficiamento, aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos, aços ferramenta), ligas de alumínio, de cobre (especialmente os latões), de magnésio, de níquel (inclusive as chamadas superligas, como Waspaloy, Astraloy, Inconel, Udimet 700, etc., empregadas principalmente na indústria aeroespacial) e de titânio.

O material de partida é geralmente fundido ou, mais comumente, laminado - condição esta que é preferível, por apresentar uma microestrutura mais homogênea. Peças forjadas em matriz, com peso não superior a 2 ou 3 kg, são normalmente produzidas a partir de barras laminadas; as de maior peso são forjadas a partir de tarugos, quase sempre também laminados, e cortados previamente no tamanho adequado. Peças delgadas como chaves de boca, alicates, tesouras, tenazes, facas, instrumentos cirúrgicos, etc., podem ser forjadas a partir de recortes de chapas laminadas.

TIPOS DE FORJAMENTO

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Forjamento Livre (Matriz Aberta)

O forjamento em matriz aberta consiste de operações relativamente simples de conformação por forjamento, empregando matrizes abertas ou ferramentas especiais, podendo ter as finalidades de:

• Produzir peças acabadas de feitio simples;

• Redistribuir a massa de uma peça bruta para facilitar a obtenção de uma peça de geometria complexa por posterior forjamento em matriz fechada.

Algumas operações de forjamento livre:

Recalque

Compressão direta do material entre um par de ferramentas de face plana ou côncava, visando primariamente reduzir a altura da peça e aumentar a sua secção transversal.

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Estiramento

Visa aumentar o comprimento de uma peça às custas da sua espessura.

[pic] Matriz

Encalcamento

Variedade de estiramento em que se reduz a secção de uma porção intermediária da peça, por meio de uma ferramenta ou impressão adequada.

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Caldeamento

Visa produzir a soldagem de duas superfícies metálicas limpas e aquecidas, postas em contato e submetidas à compressão. Abaixo exemplo de aplicação na fabricação de correntes de elo de aço, onde as pontas aquecidas serão submetidas à compressão.

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Cunhagem

Geralmente realizada a frio, empregando matriz fechada ou aberta, visa produzir uma impressão bem definida na superfície de uma peça, sendo usada para fabricar moedas, medalhas, talheres e outras peças pequenas, bem como para gravar detalhes de diversos tipos em peças maiores.

Forjamento em Matriz Fechada

Peças de formas complexas ou de precisão não podem ser obtidas por técnicas de forjamento livre, exigindo matrizes especialmente preparadas que contenham o negativo (ou contorno) da peça a ser produzida. Tais matrizes são caras, exigindo na maioria das vezes, alta produção para justificar seu custo.

A obtenção de um formato complexo normalmente não é possível com uma única etapa de trabalho, exigindo uma ou mais etapas de pré-forjamento. As etapas de pré-forjamento são efetuadas em matrizes mais simples, ou geralmente em matriz aberta.

O objetivo do pré-forjamento é redistribuir o metal para posições mais adequadas ao forjamento subseqüente. A pré-forma assim obtida pode ser conformada para uma configuração mais próxima da final em uma matriz de esboço, que assegura uma distribuição adequada de metal, mas ainda não na forma final.

Diante da dificuldade para se distribuir precisamente o material nas etapas de forjamento livre, utiliza-se na maioria dos casos um certo excesso de material, que já na etapa de esboço se permite escapar por entre as duas matrizes, formando uma rebarba que por vezes é removida (cortada) antes do forjamento final nas matrizes de acabamento.

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Na etapa de acabamento o excesso de material também forma rebarba, que tem de ser fina para assegurar o preenchimento total da matriz e tolerâncias rigorosas. Isto porque uma rebarba fina, em presença de atrito, gera alta pressão de conformação. Veja o caso de distribuição de pressão nas cavidades das matrizes, no caso de forjamento de uma pá de turbina:

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Gráfico: Pressão na cavidade das matrizes no forjamento de pá de turbina

Para evitar um aumento excessivo desta pressão, as matrizes são usualmente projetadas de tal modo que a rebarba fica reduzida à sua espessura mínima somente em uma largura pequena (garganta ou costura) sendo permitido ao restante escoar livremente dentro da calha ou bacia. Ver figura abaixo.

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A decomposição da conformação de uma peça complexa entre diversas etapas de trabalho e ferramentas permite em muitos casos economizar energia e material, reduzir o desgaste das ferramentas e aumentar a precisão do produto forjado. As operações de obtenção das formas intermediárias de uma peça constituem a conformação intermediária, que se compõe normalmente de três etapas:

(i) distribuição de massas;

(ii) dobramento (se for o caso);

(iii) formação da seção transversal (fase de esboço).

Na etapa de distribuição de massas ocorre a retirada de material das porções nas quais a seção transversal deva ser reduzida, e o acúmulo do material nas posições onde a seção deva ser aumentada (ver fase “b” na figura abaixo).

As operações de forjamento livre mais empregadas para esta etapa são: o estiramento, o encalcamento, o alargamento e o rolamento, sendo o recalque usado para aumentar a secção transversal.

O dobramento (segunda etapa) pode ser executado durante o forjamento, sem um estágio especial, quando for paralelo ao movimento da ferramenta. Em caso contrário, é efetuado numa etapa específica durante (ver fase “c” na figura abaixo) ou mesmo após o forjamento da peça.

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Pode envolver ou não uma redução da seção transversal da peça e uma defasagem do eixo da mesma, como o caso do forjamento de virabrequins.

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Etapas no Forjamento: (a) tarugo original; (b) distribuição de massas; (c) dobramento;

(d) formação da seção transversal; (e) peça pronta para sofrer rebarbação.

A formação da seção transversal, ou fase de esboço, é a última etapa da conformação intermediária, na qual as seções transversais são aproximadas das secções definitivas da peça, de modo que as ferramentas acabadoras imprimam a forma e dimensões exatas da peça, com um consumo mínimo de energia. Esta etapa envolve uma distribuição de massa perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça (ver fase “d” na figura acima).

É preciso observar que, às vezes, é necessário mais de um estágio de esboço, quando uma única ferramenta não é capaz de estabelecer o fluxo adequado de metal ou exige um consumo de energia além da capacidade do equipamento disponível.

Na etapa de conformação final, ao iniciar-se a formação da rebarba, em virtude da presença do estrangulamento ou garganta da rebarba entre as duas matrizes, as tensões compressivas na cavidade das matrizes elevam-se consideravelmente e causam o preenchimento de todos os recessos dessa cavidade.

As funções da rebarba, portanto, são duas:

a) Atuar como "válvula de segurança" para o excesso de metal na cavidade das matrizes;

b) Regular o escapamento do metal, aumentando a resistência ao escoamento do sistema de modo que a pressão cresça até valores elevados, assegurando que o metal preencherá todos os recessos da cavidade. A figura abaixo é uma curva típica da variação da pressão ou carga de forjamento em função do avanço das matrizes.

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Curva típica de pressão de forjamento com formação de rebarba

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Procura-se dimensionar a rebarba de modo que a extrusão do metal através da garganta seja mais difícil do que o preenchimento do mais intrincado detalhe das matrizes; mas isto não deve ser feito em excesso de modo a criar cargas de forjamento intensas demais, com os conseqüentes problemas de desgaste ou quebra das matrizes. O ideal é projetar a relação de rebarba mínima necessária para o total preenchimento das matrizes.

A rebarba da forma final é removida em uma operação posterior de rebarbação, representando uma perda inevitável de material no processo.

Possíveis defeitos nos Produtos Forjados

Os produtos forjados podem apresentar os seguintes defeitos típicos:

A) Falta de redução: caracteriza-se pela penetração incompleta do metal na cavidade da ferramenta. Isso altera o formato da peça e acontece quando são usados golpes rápidos e leves do martelo.

B) Trincas superficiais: causadas por trabalho excessivo na periferia da peça em temperatura baixa, ou por alguma fragilidade a quente.

C) Trincas nas rebarbas: causadas pela presença de impurezas nos metais ou porque as rebarbas são pequenas. Elas se iniciam nas rebarbas e podem penetrar na peça durante a operação de rebarbação.

D) Trincas internas: originam-se no interior da peça, como conseqüência de tensões originadas por grandes deformações.

E) Gotas frias: são descontinuidades originadas pela dobra de superfícies, sem a ocorrência de soldagem. Elas são causadas por fluxos anormais de material quente dentro das matrizes, incrustações de rebarbas, colocação inadequada do material na matriz.

F) Incrustações de óxidos: causadas pela camada de óxidos que se formam durante o aquecimento. Essas incrustações normalmente se desprendem mas, ocasionalmente, podem ficar presas nas peças.

G) Descarbonetação: caracteriza-se pela perda de carbono na superfície do aço, causada pelo aquecimento do metal.

H) Queima: gases oxidantes penetram nos limites dos contornos dos grãos formando películas de óxidos. Ela é causada pelo aquecimento próximo do ponto de fusão.

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FUNDIÇÃO

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. A peça produzida por fundição pode ter as formas e dimensões definitivas ou não. Em muitos casos após a fundição, a peça é usinada para serem feitos ajustes dimensionais ou mesmo conformada mecanicamente (por exemplo, ser forjada), para que as formas e dimensões finais sejam obtidas. A figura 1 ilustra o processo de vazamento de metal no estado líquido em um molde.

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Em muitos casos os processos de fundição apresentam algumas vantagens em relação a outros tipos de processos de fabricação, como no caso da produção de peças complexas e com cavidade internas, ou na produção de peças muito grandes.

Por outro lado, as propriedades mecânicas de peças fundidas geralmente são inferiores às propriedades de peças conformadas mecanicamente. Além disso, durante o processo de solidificação pode haver formação de porosidade.

Os fatores que devem ser considerado para se escolher adequadamente o processo de fabricação são: 1. Quantidade de peças a produzir. 2. Projeto da fundição. 3. Tolerâncias requeridas. 4. Grau de complexidade. 5. Especificação do metal. 6. Acabamento superficial desejado. 7 Custo do ferramental. 8. Comparativo econômico entre usinagem e fundição. 9 Limites financeiros do custo de capital. 10 Requisitos de entrega.

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Peças produzidas por fundição.

O material com o qual vai ser produzida a peça no processo de fundição parte do estado líquido. Logo aspectos relacionados com a solidificação de metais e ligas devem ser considerados. Esses aspectos são relacionados abaixo:

Solidificação de Metais e Ligas

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O processo de fundição envolve:

1. Fusão do metal ou liga.

2. Vazamento em um molde.

3. Solidificação da peça.

4. Remoção do metal ou liga solidificado do molde.

Algumas considerações importantes devem ser feitas com respeito ao escoamento do metal líquido na cavidade do molde, o qual é influenciado pela temperatura de vazamento; taxa de resfriamento; fluidez; existência de turbulência; contração de solidificação; transferência de calor no molde; características do lingote (ou molde); que dependem do processo de fundição.

Solidificação de metal junto à parede do molde e interface sólido líquido.

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Ilustração esquemática da solidificação de lingotes.(a) metais puros, (b) soluções sólidas e

(c) adição de inoculantes.

A estrutura típica de um material fundido é a presença de dendritas

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Crescimento da dendrita a partir de (a).

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Dendritas de um lingote de aço (estrutura real).

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Processos de fundição.

Os processos de fundição podem produzir peças já em sua forma e acabamento definitivos ou constituírem o processo inicial de peças que serão posteriormente conformadas e/ou usinadas.

A fundição permite a fabricação de peças com formas bastante complexas e sem limitação de dimensões. Existe uma série de processos de fundição dentre eles: fundição por gravidade, sob pressão, por centrifugação, de precisão. Devem ser consideradas as seguintes etapas dentro dos processos de fundição, independentemente do processo adotado: desenho da peça, projeto do modelo, confecção do modelo, fusão do metal, vazamento no molde, limpeza e rebarbação e controle de qualidade. O projeto de uma peça a ser fundida deve levar em conta os fenômenos que ocorrem durante a solidificação tal como contração de solidificação, estrutura dendrítica, tensões de resfriamento e espessura das paredes (paredes muito finas não são preenchidas pelo metal líquido no molde).

A figura 16 ilustra moldes e a figura 17 ilustra modelos para fundição, os quais são utilizados em processos de fundição onde não são utilizados moldes permanentes (ou perdidos). Os moldes podem ser feitos utilizando-se areia (não permanentes) ou mesmo ligas metálicas

(permanentes).

Os modelos são utilizados para dar a forma do fundido, quando são utilizados moldes não permanentes. Esses modelos podem ser feitos de madeira, de plástico ou de metal. A seleção do material do modelo depende do tamanho, forma, tolerâncias e quantidade de peças a serem produzidas. Os modelos devem ser facilmente retirados dos moldes e devem ser de tamanho que compense as contrações térmicas decorrentes da solidificação. Deve-se também deixar um sobremetal para posterior usinagem, quando for o caso. A figura 18 apresenta esquematicamente um modelo utilizado em processos de fundição.

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Moldes não-metálico e metálico (coquilha). Fig.16

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Modelos para fundição. Fig.17

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Representação esquemática de modelo e os respectivos canais. Fig.18

Outros componentes importantes em fundição são os machos. Os machos são utilizados para preencher cavidades ou passagens da peça. O macho é colocado no molde antes do vazamento do metal líquido. Os machos, como os moldes, devem apresentar certa resistência, permeabilidade e devem ser quebradiços para poderem ser retirados com facilidade. Para se obter essas características, os machos são confeccionados a base de areia e aglomerados. A figura 19 ilustra esquematicamente a função de um macho em fundição. Os machos são normalmente secos em estufa em temperaturas entre 150 e 250oC.

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Os processos de fundição podem ser divididos, de uma forma bastante geral, em processos em que são utilizados moldes permanentes e moldes não permanentes. Os moldes não permanentes, ou moldes perdidos ou ainda temporários, são os moldes feitos de areia ou cerâmica. A fundição utilizando moldes de areia é apresentada na seqüência.

Fundição utilizando moldes de areia.

O método mais tradicional utilizado em fundição é o de moldes de areia. Este processo consiste em assentar o modelo na areia, de forma a se obter a forma da peça a ser fundida no molde.

Essa areia é disposta em caixas utilizadas em fundição. No molde em areia são também colocados os machos. Após a solidificação do metal ou liga no estado líquido vazado, o molde e os machos são quebrados. São também cortados os massalotes e canais de alimentação e feita a rebarbação.

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A moldagem em areia pode utilizar dois tipos de areia: a areia comum ou a areia sintética.

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Dentre as areias comuns está a areia verde. A areia verde é composta essencialmente de areia silicosa, de argila e de água. A areia sintética tem a seguinte composição em porcentagem em peso:

80% de areia, 16% de argila e 4% de água. As areias de fundição são preparadas em misturadores, onde inicialmente são adicionados os componentes secos e posteriormente a água até a total homogeneização da mistura. Essa areia é colocada ou montada sobre o modelo, colocado na caixa de moldar. A figura 23 ilustra a adição de areia na caixa de modelar. Na areia para confecção de machos são também adicionados aglomerantes como silicato de sódio, cimento, resinas etc. A figura 24 ilustra a fundição utilizando areia verde. A areia utilizada nos processos de fundição é reaproveitada. Após a fundição a areia passa por um peneiramento e em seguida é levada novamente para o misturador.

Quando se deseja melhor acabamento e estabilidade dimensional pode ser utilizada areia seca. Essa areia contem aditivos orgânicos para melhorar suas propriedades. Os moldes são secos em estufas em temperaturas que variam de 150 a 300oC. Para peças médias e grandes, a moldagem em areia e cimento pode ser a mais adequada. Sua composição em porcentagem em peso é de 90% de areia silicosa, 10% de cimento portland e 8% de água.

Outro processo de fundição que utiliza areia é o processo com CO2. Esse processo consiste na passagem de CO2 pela areia compactada e aglomerada com silicato de sódio. O CO2 reage com o silicato formando sílica gel, carbonato de sódio e água. Essa reação propicia endurecimento do molde em tempo relativamente curto.

Existe ainda outro processo que utiliza moldes perdidos é o processo de moldagem plena.

Nesse processo são utilizados como modelos espuma de poliestireno. A espuma de poliestireno pode ser facilmente cortada e podem ser obtidos com facilidade modelos bastante complexos. A moldagem é conduzida do mesmo modo que no processo de fundição em areia, mas o modelo não é retirado, pois durante o vazamento o poliestireno vaporiza, sendo substituído pelo metal. Existem grandes vantagens na confecção de peças. Embora a grande quantidade de gás gerado leva a um acabamento superficial ruim. A figura 25 ilustra esse processo.

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Figura 21. Ilustração esquemática do processo de fundição em areia.

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Figura 22. Ilustração esquemática do processo de fundição em areia.

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Figura 23. Compactação de areia na caixa de modelar.

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Figura 24. Fundição em areia verde.

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Figura 25. Ilustração esquemática do processo de moldagem plena.

Fundição em casca (Shell-mold).

Existe ainda um outro processo importante, que utiliza areia, é o processo Shell ou fundição em casca. Esse processo consiste em utilizar um modelo de material metálico ferroso ou alumínio, que é aquecido entre 175 e 370oC. Sobre o modelo é feito um recobrimento de um material como o silicone. Esse modelo é então colocado dentro de uma caixa com areia e 2,5 a 4% de uma resina. A caixa é então movimentada, como mostra a figura 26. A areia fica então aderida à superfície do modelo. Essa “casca” (Shell) é curada por um período curto de tempo e será o molde para a posterior fundição da peça. O processo Shell tem grande aplicação na produção de peças como engrenagens, onde grande precisão e bom acabamento superficial são necessários.

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Figura 26. Fundição “Shell-mold” – fundição em casca.

Fundição utilizando cera perdida.

O processo de utilizando cera perdida é ilustrado na figura 27. A primeira etapa desse processo consiste em injetar cera na matriz para a confecção dos modelos. Esses modelos de cera são conectados a um canal central. Sobre os modelos é depositada uma pasta refratária, que pode ser constituída por várias camadas, formando o molde. Quando o molde endurece, ele é aquecido para que a cera derreta e seja retirada do molde. Após a retirada da cera, o metal líquido é vazado no molde. Após a solidificação do metal ou liga, o molde é quebrado e são

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retiradas as peças, as quais são separadas do canal central e feito o acabamento final. A figura 28 apresenta o modelo de cera a as peças produzidas.

Fundição por centrifugação.

Nesse processo o molde tem um movimento de rotação. A força centrifuga faz com que o metal líquido vá de encontro às paredes do molde, onde solidifica. O cilindro que atua como molde é rodeado por uma camisa de água. A figura 29 ilustra o processo de fundição por centrifugação.

Tubos de ferro fundido, utilizados em suprimento de água, são produzidos dessa forma.

Fundição a vácuo.

O processo de fundição a vácuo é ilustrado na figura 30. Esse processo é semelhante ao de fundição com areia verde. A diferença está na existência de vácuo que facilita o preenchimento do molde.

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Figura 27. Etapas da fundição por cera perdida.

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Figura 28. Modelo de cera (vermelho) e as peças produzidas.

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Figura 29. Sistema de fundição centrífuga para produção de tubos de ferro fundido.

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Figura 30. Ilustração esquemática do processo de fundição a vácuo.

Fundição utilizando moldes permanentes.

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Uma das aplicações mais importantes de moldes permanentes, que são moldes metálicos, é na produção de lingotes. Lingotes são fundidos de forma cilíndrica ou prismática, os quais são processados termomecanicamente. A figura 31 ilustra esquematicamente alguns desses moldes metálicos para a produção de lingotes, os quais são chamados de lingoteiras.

Podem ser também produzidos moldes metálicos para a produção de peças, como no caso dos processos apresentados anteriormente. A figura 32 apresenta um molde metálico utilizado em fundição. A utilização desses moldes apresenta vantagens, pois as peças apresentarem maior uniformidade, melhor acabamento superficial, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas. No entanto, a utilização de moldes permanentes é limitada à fabricação de peças pequenas, devido ao elevado custo dos mesmos.

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Figura 31. Ilustração esquemática de lingoteiras (moldes permanentes para a produção de lingotes).

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Figura 32. Moldes metálicos para a produção de peças.

Fundição sob pressão.

Os moldes metálicos utilizados em fundição sob pressão são chamados de matrizes. A matriz, feita de aço tratado termicamente, é geralmente construída em duas partes que são fechadas hermeticamente no momento do vazamento do metal líquido. O metal é bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até que o metal se solidifique. Então, a matriz é aberta e a peça ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente. Muitas matrizes são refrigeradas a água. Isso é importante para evitar superaquecimento da matriz, aumentando sua vida útil e evitando defeitos nas peças. A fundição sob pressão é automatizada e realizada em máquina de câmara quente.

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Figura 33. Representação esquemática do processo de fundição sob pressão em câmara quente.

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Figura 34. Representação esquemática do processo de fundição sob pressão em câmara fria.

O processo de fundição sob pressão realizado na máquina de câmara quente utiliza um equipamento no qual existe um recipiente aquecido (forno), onde o metal líquido está depositado.

No seu interior está um pistão hidráulico que, ao descer, força o metal líquido a entrar em um canal que o leva diretamente à matriz. A pressão exercida pelo pistão faz com que todas as cavidades da matriz sejam preenchidas, formando-se assim a peça após a solidificação. Logo após a solidificação do metal, o pistão retorna à sua posição inicial, mais metal líquido entra na câmara, por meio de um orifício, e o processo reinicia. Já a máquina de fundição sob pressão de câmara fria é utilizada, quando a liga apresenta ponto de fusão elevado, prejudicando o sistema de bombeamento (cilindro e pistão). Este processo é empregado principalmente para fundir ligas de alumínio, magnésio e cobre.

O princípio de funcionamento desse equipamento é o mesmo do equipamento que utiliza câmara quente. A diferença é que o forno que contém o metal líquido é uma unidade independente, de modo que o sistema de injeção não fica dentro do banho de metal.

Como todo o processo de fabricação, a fundição sob pressão tem uma série de vantagens e desvantagens. As vantagens são: 1. Peças de ligas como as de alumínio, fundidas sob pressão, apresentam maiores resistências do que as fundidas em areia; 2. As peças fundidas sob pressão podem receber tratamento de superfície com um mínimo de preparo prévio da superfície; 3. Possibilidade de produção de peças com formas mais complexas; 4. Possibilidade de produção de peças com paredes mais finas e tolerâncias dimensionais mais estreitas; 5. Alta capacidade de produção; alta durabilidade das matrizes. As desvantagens são: 1. Limitações no emprego do processo: ele é usado para ligas não-ferrosas, com poucas exceções; 2. Limitação no peso das peças (raramente superiores a 5 kg.); 3. Retenção de ar no interior das matrizes, originando peças incompletas e porosidade na peça fundida; 4. Alto custo do equipamento e dos acessórios, o que limita seu emprego a grandes volumes de produção.

A indústria automobilística utiliza uma grande quantidade de peças fundidas sob pressão: tampas de válvulas, fechaduras, carcaças de motor de arranque, maçanetas, caixas de câmbio de máquinas agrícolas. O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que utiliza peças fundida

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principalmente de ligas de alumínio e magnésio. Essa variedade de produtos indica a importância desse processo de fabricação dentro do setor de indústria metal-mecânica.

Fundição contínua.

O esquema apresentado na figura 35 ilustra um sistema de fundição contínua. Nesse processo o metal (ou liga) fundido escoa em matrizes, resfriadas com água. Durante o escoamento esse metal solidifica no formato dessas matrizes (quadrada, retangular, etc.)

Outros processos.

1. Solidificação direcional. Exemplo de aplicação: palhetas de turbina. Isso trás uma otimização da microestrutura, aumentando a resistência em fluência.

2. Melt spinning é um processo onde a liga é solidificada de forma tão rápida, que o sólido formado não tem estrutura cristalina definida, ele é amorfo. Isso gera um aumento do limite de solubilidade e redução da micro-segregação.

Defeitos em peças fundidas.

Existem vários defeitos ou mesmo efeitos indesejáveis que podem ocorrer em peças fundidas. Dentre eles estão:

1. Crescimento dendrítico.

2. Formação de dendritas que se encontram em planos diagonais. Essas diagonais formam planos de maior fragilidade, podendo aparecer fissuras ou trincas durante processos posteriores de conformação plástica.

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