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Fundição: Processo de Fabricação de Metais, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica é aquecida e levada a fluir para preencher um molde com a forma e medidas correspondentes à peça a ser produzida. As vantagens incluem a produção de peças de grande porte e variedades de ligas, além da utilização de sucata. Porém, existem desvantagens, como propriedades mecânicas limitadas e acabamento superficial, precisão dimensional e riscos de trabalhar com altas temperaturas. O documento detalha as operações básicas da produção de uma peça fundida, incluindo a fusão da liga, fluidez e a formação de escória.

Tipologia: Notas de estudo

2020

Compartilhado em 01/01/2020

alberto-lima-26
alberto-lima-26 🇧🇷

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Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, após
alto aquecimento, no estado líquido, é levado a fluir por gravidade ou por outra
força dentro de um molde com formato e medidas correspondentes aos da
peça a ser produzida. Esse molde pode ter a forma total ou parcial da peça a
ser produzida, como comentado anteriormente, dependendo da peça,
haverão ou não processos subsequentes da peça ser produzida, tais como
usinagem entre outros, ou net-shape, peças que são produzidas em uma rota,
ou seja, a peças após fundida já está concluída. Podem ser fabricadas através
da fundição, peças de grande porte, até peças muito pequenas, através dos
moldes correspondentes, essas peças podem ser produzidas através de várias
composições de liga, sendo que muitas dessas ligas, podem ser produzidas em
grande escala através desse processo. Além dessas vantagens, uma bem
apreciada é utilização de sucata, importante para o meio ambiente.
As desvantagens do processo de fundição são: as propriedades mecânicas da
peça produzida, porosidade, limitada precisão dimensional e acabamento
superficial para algumas peças, periculosidade, pelo fato de trabalhar com altas
temperaturas para transformar os metais em estado líquido, gerando também
problemas para o meio ambiente.
Na figura 1.2, mostramos um fluxograma simplificado das operações básicas
da produção de uma peça fundida.
Na moldagem, o molde com a cavidade da forma da peça a ser produzido é
fabricado, para moldes de areia e de baixas produções são utilizados modelos
feitos geralmente de madeira, em torno do qual a areia é conformada, no caso
de moldes metálicos as cavidades são usinadas. Para as partes ocas das
peças, o volume correspondente deve ser preenchido dentro da cavidade do
molde, sendo para isso utilizados peças (chamadas de macho), de areia
aglomeradas, fabricados na etapa da macharia;
A fusão da liga é uma parte importante da fundição, pois está ligada a
qualidade da peça fundida. A composição química é um dos itens que deve ser
criteriosamente controlado para o sucesso da peça que será fabricada. Gases
dissolvidos estão geralmente presentes no metal fundido, pois quando o metal
se solidifica, essa estrutura sólida não é capaz de acomodar o gás em grande
quantidade, essa grande quantidade de gases, formam bolhas ou porosidade
do material fundido, constituindo assim uma forma de defeito, que compromete
as características mecânicas. Há diversas técnicas na fundição para prevenir a
formação de gases e a consequente porosidade, o importante é estar atento as
essas condições para não prejudicar as características e a função da peça que
está sendo produzida por esse processo. Outros pontos como o projeto do
molde os canais onde escoará o metal liquido para dentro do molde, também
são fatores importantes que devem ser observados. Um outro fator que deve
ser observado durante a fundição é a formação de escoria, que o resultado do
metal fundido junto ao meio que está sendo trabalhado, esse tipo de formação,
pode levar defeitos principalmente na superfícies e até interna da peça a ser
produzida, portanto, durante o processo de fundição essa formação de escoria
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Fundição é um processo de fabricação onde um metal ou liga metálica, após alto aquecimento, no estado líquido, é levado a fluir por gravidade ou por outra força dentro de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser produzida. Esse molde pode ter a forma total ou parcial da peça a ser produzida, como já comentado anteriormente, dependendo da peça, haverão ou não processos subsequentes da peça ser produzida, tais como usinagem entre outros, ou net-shape, peças que são produzidas em uma rota, ou seja, a peças após fundida já está concluída. Podem ser fabricadas através da fundição, peças de grande porte, até peças muito pequenas, através dos moldes correspondentes, essas peças podem ser produzidas através de várias composições de liga, sendo que muitas dessas ligas, podem ser produzidas em grande escala através desse processo. Além dessas vantagens, uma bem apreciada é utilização de sucata, importante para o meio ambiente. As desvantagens do processo de fundição são: as propriedades mecânicas da peça produzida, porosidade, limitada precisão dimensional e acabamento superficial para algumas peças, periculosidade, pelo fato de trabalhar com altas temperaturas para transformar os metais em estado líquido, gerando também problemas para o meio ambiente. Na figura 1.2, mostramos um fluxograma simplificado das operações básicas da produção de uma peça fundida. Na moldagem, o molde com a cavidade da forma da peça a ser produzido é fabricado, para moldes de areia e de baixas produções são utilizados modelos feitos geralmente de madeira, em torno do qual a areia é conformada, no caso de moldes metálicos as cavidades são usinadas. Para as partes ocas das peças, o volume correspondente deve ser preenchido dentro da cavidade do molde, sendo para isso utilizados peças (chamadas de macho), de areia aglomeradas, fabricados na etapa da macharia; A fusão da liga é uma parte importante da fundição, pois está ligada a qualidade da peça fundida. A composição química é um dos itens que deve ser criteriosamente controlado para o sucesso da peça que será fabricada. Gases dissolvidos estão geralmente presentes no metal fundido, pois quando o metal se solidifica, essa estrutura sólida não é capaz de acomodar o gás em grande quantidade, essa grande quantidade de gases, formam bolhas ou porosidade do material fundido, constituindo assim uma forma de defeito, que compromete as características mecânicas. Há diversas técnicas na fundição para prevenir a formação de gases e a consequente porosidade, o importante é estar atento as essas condições para não prejudicar as características e a função da peça que está sendo produzida por esse processo. Outros pontos como o projeto do molde os canais onde escoará o metal liquido para dentro do molde, também são fatores importantes que devem ser observados. Um outro fator que deve ser observado durante a fundição é a formação de escoria, que o resultado do metal fundido junto ao meio que está sendo trabalhado, esse tipo de formação, pode levar defeitos principalmente na superfícies e até interna da peça a ser produzida, portanto, durante o processo de fundição essa formação de escoria

deve ser controlada. Para a fusão da liga que farão parte do processo de fundição existem no mercado diversos meios, tais como fornos elétricos de arco, e fusão eletromagnética, a óleo, a gás, a carvão, de acordo como o material a ser fundido, um ou outro equipamento é mais o menos adequado para o processo de fundição. As temperaturas de fusão variam entre 200 e 1400 °C, com a capacidade do cadinho (onde se encontra o material a ser fundido), na ordem de 10 a 1000 kg de liga, com uma taxa de fusão, de 100 kg/ h; Chamamos de fluidez, a capacidade do metal fundido, escorrer por todo o molde ainda liquido, preenchendo todas as cavidades, para que a peça seja completa, principalmente as peças com maiores detalhes geométricos, essa característica chamamos de vazamento, quando o fluido é vazado para dentro da cavidade do molde. São várias as características técnicas para que essa fluidez ocorra de forma adequada, tais como: composição química da liga, a temperatura, intervalo de solidificação, etc. Para compreender melhor o intervalo de solidificação, o aluno deverá se aprofundar mais no assunto, em livros de metalurgia, ligas que formam o fundido, e todas as suas características químicas, curvas de solidificação etc. que são pontos importantes de acordo com a peça que está sendo produzida pelo processo de fundição. A maioria das ligas na fundição sofrem contração com a solidificação, devido as características químicas dessas ligas, para isso algumas cavidades de moldes, devem prever esse fenômeno, ou seja ter dimensões maiores do que a peças que irá ser produzida, assim partes mais volumosas da peça (onde terá mais metal), a solidificação é mais lenta que algumas partes menores, tendendo a apresentar vazios na peça (fato que é prejudicial). Para resolver esse problema são criados massalotes, cavidades adicionais incorporadas ao molde, que funcionam como reservatório do metal liquido, justamente para suprir o metal nas partes que se contraem durante a solidificação, especialmente a mais volumosas. A fundição em areia é processo mais utilizada na indústria como um todo, responsável pela maioria significativa de fundidos em todo o mundo. Esse tipo de processo consiste no vazamento do metal fundido em um molde de areia, onde após a solidificação da peça produzida, é retirada com a quebra do molde (como pode ser visualizado em nosso fluxograma básico de fundição), essa areia é reaproveitada, através de processos próprios. Lembramos ainda que muitas dessas peças fundidas, dependendo das suas características e utilização, passará por novos processos, tais como usinagem da superfície, cavidade e até tratamento térmico. Se o aluno quiser saber mais sobre como são compostos e fabricados os moldes de areia, há uma vasta bibliografia a respeito, levando em conta resistência, moldagem, compactação da areia, etc. Destacamos agora que o molde em areia tem inúmeras vantagem em sua utilização, ao começar por não ter limites de tamanho, formas, peso e complexidade da peça que será fundida, tem baixo custo, e pode ser aplicado para a maioria das ligas. Mas como todo o processo os moldes de areia

A evolução história da sinterização ou metalurgia do pó: O homem conheceu o ferro metálico há aproximadamente 8000 anos atrás, quando começou a desenvolver produtos essenciais para sua sobrevivência, especialmente armas e utensílios. Os povos mais cultos daquela época não conseguiam produzir calor suficiente para fundir o metal, mas se utilizavam de técnicas de aquecimento e forjamento, algo semelhante a um processo de sinterização. Pós de ferro provavelmente foram fabricados sob processos técnicos por volta de 1000 a.C., quando os árabes e alguns povos germânicos, produzias espadas de alta qualidade para a época. O pó era produzido a partir do ferro já oxidados quando eram juntados, aquecidos e forjados, sendo o processo repetido até que as impurezas estivessem eliminadas e o carbono baixo o suficiente para o ferro estivesse transformado em aço.