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Fundição
Vazamento de latão-Lisboa
O processo de fundição é definido como o conjunto de atividades requeridas para dar forma aos materiais por meio da sua fusão, conseqüente liquefação e seu escoamento ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação.
Os métodos de fundição são muito antigos, sua importância é fundamental para o crescimento tecnológico desde os primórdios da humanidade. Seu aperfeiçoamento é contínuo, partindo desde pequenas peças fundidas artesanalmente às técnicas de siderurgia.
Materiais e processos
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 tia solidifica-se tomando a forma em negativo , com remedio para gripe.
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
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.
Compactação da areia em redor do modelo
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
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 catalizador 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.
Colocação do macho
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
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. drenos ou gitos
Esfriamento e solidificação
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 factores 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
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
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
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
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).
Molde em areia seca
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 da forma 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
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
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
Atualmente, ao invés da conformação em areia usa-se um tipo de molde fixo e maciço chamado "coquilha". Trata-se de um sistema onde 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
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
Os processos que empregam moldes metálicos são:
- Fundição em Molde Permanente;
- Fundição sob pressão.
Moldes Permanentes
A aplicação mais conhecida é a da fundição de "lingotes", ou seja, peças de forma regular, cilindrica ou prismática, que irão sofrer posteriormente processamento mecânico. Os moldes nesse caso, serão chamados de "lingoteiras".
Fundição sob pressão
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
- 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
- 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 Contínua
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
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
- SORS,Lázló; BARDOOZ, Lazio; RADNOTI, Istivan. Plásticos Moldes e Matrizes. São Paulo: Editora Hermes. 490pg.
Mais Informações
Abifa: www.abifa.org.br Areia Verde: www.areiaverde.blogspot.com
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