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Processos de Fundição - Coggle Diagram

- - - - Processo mais utilizado atualmente
      - Processo é feito em um molde de areia (material refratário)
      - Peça fundida é retirada com a quebra do molde
      - Mistura de areia, aglomerantes, aditivos e certa umidade: “areia verde”
      - A fundição em areia geralmente é empregada na produção em série de ligas com elevado ponto de fusão (ligas ferrosas)
      - Para pequenos lotes de ligas com baixo ponto de fusão a fundição em casca é mais econômica
    - - Confeccionado em duas
        partes
      - Caixa superior e caixa
        inferior
    - - 1-A partir do desenho técnico é confeccionado o modelo
      - 2- A primeira parte do modelo é colocada no fundo da caixa de moldagem inferior
      - 3- Areia preparada é compactada sobre o modelo
      - 4- Segunda parte do modelo é colocada no fundo da caixa de moldagem superior; modelos do massalote e canal de alimentação são posicionados
      - 5- Areia preparada é colocada sobre os modelos
      - 6- Fundo da caixa é retirado juntamente com
        os modelos; machos são posicionados
      - 7- Partes superior e inferior do molde
        são montadas e o metal fundido é vazado
      - 8- A peça junto com canais de alimentação e massalotes é desmoldada
      - 9- Canais de alimentação e massalotes são cortados; peça vai pra usinagem
    - - Material depende do número de peças
      - Dimensões: considerar a contração
      - Projetar o sistema de canais de vazamento e massalotes
      - Desenho: facilitar a moldagem
        
        Conicidade
      - Minimizar defeitos de solidificação
        
        Cantos vivos, espessuras mínimas de paredes
      - Uso de macho
        
        Prever cavidades
    - - Estabilidade térmica e dimensional a altas temperaturas
      - Partículas com forma e granulometria adequada
      - Baixa molhabilidade com o metal fundido
      - Livre de materiais que produzam gases
      - Viabilidade econômica
      - Pureza e pH adequados
      - Areia silicosa SiO2 na forma
        de quartzo
      - Denominadas areias
        sintéticas
      - Peneiradas segundo o
        tamanho granulométrico
      - Material orgânico é retirado (evitar porosidade e formação de gases)
      - Distribuição granulométrica: afeta o grau de
        compactação
        
        Determina a quantidade de argila e aditivos
      - Aglomeração da areia
        
        Argila com água
        
        Resinas poliméricas
    - - Areia verde
        
        Compactar manualmente ou empregando máquinas uma mistura refratária plástica
        
        Areia silicosa
        
        Bentonita (argila para aglomeração)
        
        Água
        
        Medida em peso: 100 partes de areia / 20 de
        bentonita / 4 de água
        
        Termo “verde”: molde não é seco ou sinterizado antes de ser usado
        
        Metal imediatamente vazado após a confecção do molde
        
        Adições: carvão, cereais, celulose
        
        Processo mais simples
        
        Baixa resistência mecânica
        
        Presença de umidade
      - Areia seca
        
        Ou molde “estufado”; variante da “areia verde”
        
        Maior resistência a pressão do líquido vazado
        
        Maior estabilidade dimensional
        
        A areia deve conter aditivos orgânicos para
        melhorar suas características
        
        A secagem é feita em estufas entre 150 °C e 300 °C
        
        Maior dureza e permeabilidade
        
        Deve-se considerar o custo de estufagem e tamanho limitado do molde
        
        Compactação manual ou mecanizada
      - Areia soprada
        
        “Cold-box”
        
        Gás ou vapor é utilizada para curar o aglomerante
        
        Adição de 3-4% de silicato de sódio curado com CO2
        
        Adição de resina fenoluretânica curada com vapor de amina
        
        Adição de resina epóxiacrílica curada com dióxido de enxofre
      - Areia-cimento
        
        Cimento utilizado como aglomerante
        
        Composição em peso:
        
        90% areia
        
        10% cimento Portland
        
        água (8%)
      - Moldes de areia
        
        Independentes do tipo de aglomerante os moldes devem:
        
        Possuir resistência mecânica
        
        Suportar a ação erosiva
        
        Gerar o mínimo de gás
        
        Permeabilidade
        
        Refratariedade adequada (para não fundir)
        
        Estabilidade térmica (evitar trincas)
        
        Colapsibilidade adequada (quebra mantendo a integridade da peça)
    - - “Não tem limites” no tamanho, forma, peso
      - Baixo custo
      - Maioria das ligas podem ser fundidas
      - Economia em pequenos lotes
    - - Largas tolerâncias dimensionais
      - Limitação no acabamento da superfície
      - Alguma usinagem é necessária
      - 20 a 50% do material é perdido (canais, massalotes)
    - - Ligas: ferro fundido; aços; ligas de alumínio, cobre e magnésio
      - Aplicações
        
        bloco de motores, cabeçotes de motores, base de equipamentos pesados, cilindros laminadores, carcaça de motores e bombas
  - - - mistura de areia e resina, endurecível pelo
        calor
    - - Provoca ligações cruzadas entre as cadeia do
        polímero
    - - Areia de sílica (98% de pureza)
      - Sem argila
      - Sem óxidos metálicos nem materiais orgânicos
    - - Resinas sintéticas, aplicadas sob a forma de pó ou sob a forma líquida
        
        De base fenólica: fenol-formoldeído
        
        De base uréia: uréia-formoldeído
        
        De base melamina: melamina-formoldeído
    - - A base de petróleo num teor de 0,1% (evitar
        unicamente a liberação de poeiras nocivas à respiração)
    - - Hexametiltetramina na proporção de 1% sob a forma de pó fino
    - - 1- A placa contendo o modelo metálico é aquecida (200 °C) e colocada sobre a caixa basculante que contém a mistura
        
        O aquecimento da placa é efetuado a gás ou
        resistências elétricas
        
        A placa deve ser pintada com um produto
        desmoldante à base de silicone
      - 2- A caixa é basculada 180°; a mistura em contado com a superfície do molde começa a endurecer pela cura da resina
        
        Para evitar que a caixa metálica aqueça, deve ser prevista uma junta de amianto entre as duas referidas peças; evitar que a mistura não se fixe na caixa
      - 3- Após o tempo para que uma casca seja formada a caixa é novamente basculada, sendo que a casca fica aderida ao modelo
        
        Espessura na ordem dos 5 a 7 mm
        
        Restante da areia não polimerizada cai novamente na caixa
      - 4- O modelo e a casca semicurada são colocados em forno para a cura total da casca
        
        Estas são curadas em temperaturas na ordem dos 250 °C a 600 °C
        
        Tempo variando entre 20 s até 10 min
      - 5- Casca é retirada do modelo; é estocada ou montada em caixa para vazamento
      - 6- Molde é obtido pela união de duas partes; colocado em caixa com areia ou granalha de aço preenchendo os espaços vazios
        
        A união das duas cascas para formar o molde pode ser feita por três métodos:
        
        Encalque com areia de sílica grossa ou granalha metálica de aço ao redor das meias cascas
        
        Colagem com fita adesiva dupla face
        
        Aperto através de grampos
      - 7- O metal fundido é vazado no molde; posteriormente este é quebrado para retirada da peça
    - - Taxa de produção superior à fundição em molde de areia (5-200 peças/h)
      - Alta precisão dimensional (±0,25 mm)
      - Bom acabamento da superfície (rugosidade 2,5 µm)
      - Possibilidade de estocagem dos moldes e automação
    - - Alto custo do modelo metálico
      - Custo da resina e processo de cura
      - Tamanho da peça
      - Manuseio de cascas
    - - Aplicações
        
        peças pequenas com alta precisão, caixa de engrenagens, componentes de transmissão conexões de cabos e barras, produção de machos
      - Ligas
        
        ferro fundido; aços; ligas de alumínio e cobre
      - Utiliza o molde permanente, preenchido pelo metal através da gravidade
      - Molde constituído de duas partes
        
        feito de: ferro fundido, aço, bronze ou grafite
  - - - Alumínio
      - Zinco
      - Magnésio
      - Fofo Cinzento hipereutético
      - Cobre
    - - 1- Molde é matriz de duas partes; cavidade do molde é usinada
      - 2- O metal fundido é vazado por gravidade no molde pré-aquecido
      - 3- Após a solidificação, o molde é aberto e o
        fundido retirado
      - 4- Jato de ar com aditivos limpa a superfície interna do molde
      - 5- Molde fecha;
        reinicia o ciclo
    - - Molde usado até 250.000 vezes
      - Boa precisão dimensional e acabamento da superfície
      - Produção de 5 a 100 conjuntos/hora
      - Custos moderados
    - - Temperatura do molde mantida alta: minimizar a fadiga térmica, facilitar o fluxo do metal, controlar taxa de resfriamento do metal
      - Respiradouros: evitar porosidade
      - Ligas
        
        ferro fundido, aço, ligas de alumínio, magnésio, cobre, chumbo, estanho e zinco
      - Aplicações
        
        pistões, engrenagens, cabeçotes de cilindro
    - - Custo do molde
      - Limitação de forma
      - Vida útil do molde para certos metais (aços)
  - - - Câmara quente
        
        câmara do pistão é parcialmente
        submersa no metal líquido
        
        Máquinas de injeção a câmara quente:
        
        Destinam-se a obtenção de peças vazadas por injeção de:
        
        ligas a base de alumínio
        
        ligas de magnésio
        
        ligas de cobre
      - Câmara fria
        
        metal é fundido em forno independente da
        máquina de injeção
        
        Máquinas de injeção a câmara fria:
        
        Destinam-se a obtenção de peças vazadas por injeção de:
        
        ligas metálicas de chumbo-estanho
        
        ligas a base de zinco
        
        ligas a base de magnésio
    - - Pressão de injeção é função da liga metálica a ser vazada:
        
        Ligas de zinco
        
        100 a 300 bar
        
        Ligas de alumínio
        
        800 a 1200 bar
        
        Ligas de magnésio
        
        700 a 1000 bar
        
        Ligas de cobre
        
        800 a 1200 bar
    - - Bom acabamento da superfície (Ra entre 0,4 e 3,2 µm)
      - Excelente precisão dimensional (±0,08 mm em ligas de zinco)
      - Altas taxas de produção (200 peças/h)
      - Geometrias complexas e seções finas (até 0,5 mm em ligas de zinco)
      - Furos obtidos com machos podem ter tolerâncias na ordem de ±0,015 mm
      - Réplicas de detalhes
    - - Aplicações
        
        Componentes de bombas
        
        Partes de motores
        
        Caixas de transmissão
        
        Artefatos domésticos
        
        Artefatos de artes
        
        Brinquedos
      - Câmara fria
        
        pressões típicas 14 a 140 MPa
        
        ligas de zinco, estanho, chumbo
      - Câmara quente
        
        pressões típicas 7 a 35 MPa
        
        ligas de alumínio, magnésio, latão
      - Ligas
        
        alumínio, zinco, magnésio, chumbo
    - - Alto custo do equipamento e do molde
      - Tamanho de peças limitadas pela máquina de injeção
      - Casos em que a saída do ar é dificultada
      - Volume economicamente viável é elevado
  - - - Variedades de peças cilíndricas
      - Boa precisão dimensional
      - Produção até 50 peças/h
      - Rendimento 90 a 100% (sem massalotes)
    - - Geometria da peça
      - Alto custo do equipamento
      - Heterogeneidade estrutural
    - - Ligas
        
        aço, aço inoxidável, aço cromo-molibdênio
      - Aplicações
        
        tubos, vasos de pressão, carretel de bobinadeiras, camisa de cilindro de motores, tubos bimetálicos
  - - - Atualmente: desenvolvimento do processo devido as pesquisas sobre a hidrólise do aglomerante orto-silicato de etilo para o produção de moldes que suportam o vazamento das super ligas de cobalto e cromo
    - - 1- Modelo: cera fundida em moldes metálicos
        
        Vazamento em temperaturas entre 43 e 77 °C em moldes usinados de metais macios, ligas de Zn, latão, bronze, aço, borracha
      - 2- Um ou mais modelos de cera da peça são montadas no canal de vazamento - soldagem pela fusão da cera; conjunto é denominado "árvore"
      - 3- A árvore é mergulhada numa suspensão
        cerâmica
        
        Sílica ou zircônia +
        aglomerantes
      - 4- Recebe uma pulverização de partículas finas de material cerâmico refratário
      - 5- Após varias camadas de suspensão é formada uma casca de cerca de 5-8 mm; cada camada é aplicada em intervalos de 24h
      - 6- O modelo de cera é derretido em autoclave
        deixando o molde cerâmico com a cavidade com os detalhes da arvore
      - 7- O molde cerâmico é sinterizado (até
        1.100 °C )
      - 8- Metal fundido é vazado no molde
      - 9- Peças desmoldadas pela quebra do molde
    - - Cera de abelha e carnaúba, parafina, breu,
        antioxidantes, termoplásticos, plastificantes e tinturas, dentre outros
    - - Produção em massa de geometrias complexas
      - Reprodução de detalhes precisos, cantos vivos, etc.
      - Utilização de praticamente qualquer metal ou liga
      - Peças produzidas praticamente acabadas
      - Controle do tamanho de grão e solidificação direcional
      - Possibilidade de fusão sob atmosfera protetora ou sob vácuo
    - - Crescimento de grãos em peças com grandes seções
      - Dimensões e peso limitados pela resistência mecânica do molde de cera
    - - Ligas
        
        Alumínio
        
        Níquel
        
        Cobre
        
        Cobalto
        
        Titânio
        
        aços-carbonos
        
        aços inoxidáveis
        
        aços-ferramentas
      - Aplicações
        
        peças estruturais para indústria aeronáutica
        
        peças para aviões
        
        equipamentos para processamento de dados
        
        equipamentos aeroespaciais
        
        equipamentos médicos e odontológicos
        
        equipamentos para indústria têxtil
- - - - Mais comuns: Al-Si (Al 12% em peso de Si)
      - Ligas-mãe: altas concentrações de elementos de liga para serem diluídos
      - Adquiridas prontas pela indústria de fundição
      - Elaboração
        
        Adições de
        elementos puros às ligas-mães
        
        Mistura de
        elementos puros
        
        Para elaboração de ligas é necessário:
        
        Conhecimento exato das composições e purezas
        
        Assegurar a distribuição homogênea, dissolução completa dos materiais constituintes
    - - Dificulta o controle da composição química
      - Torna rotineiro as análises
        
        técnicas como emissão ótica, raios-X, etc
    - - Geralmente estão presentes
      - Solidificação: estrutura sólida não é capaz de acomodar o gás em grande quantidade
      - Solubilidade do gás decresce drasticamente: do líquido para sólido
      - Átomos dos gases rejeitados pelo metal em
        solidificação: formam bolhas ou porosidade
      - Porosidade: defeito
        
        Técnicas para prevenir a formação de porosidades
        
        Fusão em vácuo
        
        Fluxo protetor sobre o metal fundido (evitar o contato com o ar)
        
        Projeto adequado do molde
        
        Desgaseificação a vácuo (metal fundido em ambiente de baixa pressão)
        
        Passagem de bolhas de gases inertes através do metal fundido
        
        Bolhas de nitrogênio ou cloro: remoção do hidrogênio em alumínio fundido
      - Alteração das propriedades mecânicas
    - - Resultante da reação entre o metal fundido e seu ambiente
      - Pode ocasionar defeitos na peça
      - Oxigênio e metal fundido reagem e tendem a nadar sobre o metal líquido
      - Presença pode comprometer o acabamento
      - Controle: minimização do metal fundido com o
        ambiente
      - Aglomeração dos óxidos e retirada de uma camada escória antes do vazamento
      - Cadinhos especiais: retirada do metal pelo fundo
      - Filtros cerâmicos
      - Projeto do molde: escória em cavidades auxiliares
    - - Elétrico
        
        Aços e ferros-fundidos
        
        Arco elétrico
        
        câmaras de 3 a 7 metros de diâmetro
        
        Arco elétrico aberto entre eletrodos de grafita (15 a 50 cm de diâmetro)
        
        São pouco poluentes
        
        Manutenção da alta temperatura por muito tempo
        
        Indução eletromagnética
        
        utilizam o calor gerado no próprio metal
        pela corrente elétrica, induzida por um campo eletromagnético de alta frequência
        
        Capacidade de 50 kg a 100 toneladas; potência de 1500 kW (35 toneladas)
        
        Provoca intenso agitamento no metal: melhora a homogeneização
      - Gás e a óleo
        
        utilizam o calor gerado pela queima de
        combustíveis
        
        Geralmente usados na fusão de metais não ferrosos
        
        Combustão: diretamente no metal a ser fundido ou externamente (aquecendo o cadinho)
      - Cubilô
        
        utilizados para fusão dos ferros-fundidos
        
        Calor gerado pela queima do carvão
        
        Calcário usado para o controle da escória
        
        Estrutura cilíndrica de cuba vertical: altura até 6 vezes o valor do diâmetro; 6 a 12 t/h
  - - - propriedade do metal em fluir e preencher o
        molde
    - - Ex: liga Al-Si temperatura de fusão 577 °C;
        Superaquecimento de 50 °C: liga fundida está a temperatura de 627 °C
    - - Temperatura baixa: metal se solidifique antes do preenchimento total do molde
      - Superaquecimento excessivo: aumento do consumo de energia; aumento do fluxo turbulento, causando acúmulo de ar
    - - Compõe as partes extras, que além do molde, para garantia da sanidade da peça
      - Garantir que o metal preencha o molde sem
        turbulência
        
        evitar aprisionamento de gases, erosão das
        paredes do molde
      - Projeto do molde: especificação de geometrias, posições
        
        Metal vazado pelo bocal de vazamento
        
        Canal de descida
        
        Canal de distribuição
        
        Peça
  - - - Ocorre em 3 etapas
        
        Com o metal no estado líquido
        
        Ligas de alumínio: 4,0%
        
        Cobre: 3,5%
        
        Aço: 7,2%
        
        Latão: 6,5%
        
        Bronze: 7,4%
        
        Durante a solidificação
        
        No estado sólido (considerada na fabricação dos modelos)
        
        Aços-carbono: 2%
        
        Aços-magnésios: 2,5% - 2,7%
        
        Ligas de alumínio: 1,5%
        
        Bronze-alumínio: 2%
        
        Zinco: 2,5%
        
        Estanho: 2,1%
- - - - Ligas de Al, Pb, Cu, Mg, Ni, Ti, Co e aços
    - - Camisa de pistão em ligas Al-Si, tubos
        de aço inoxidável
      - Fabricação de ligas para outros processos
  - - - Capacidade de produzir peças com alta compactação, tratadas termicamente com baixíssima porosidade e rápido ciclo de produção
    - - Alumínio
    - - Cilindro mestre de freio, carcaça de ar condicionado, componentes do sistema de suspensão do motor
  - - - é feito de material evaporável: poliestireno expandido
      - é da peça completa ou de conjuntos
      - colocados canais de alimentação e massalotes
      - recebe banho de suspensão aquosa – depois
        de seca cria camada superficial no modelo
      - colocado em recipiente, completado com areia seca
    - - De alumínio e ferro fundido
    - - blocos de motores, virabrequins,
        componentes de freio, bases de máquinas