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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.
[editar] Materiais e processos
Peça original que será fundida
Geralmente são fundidos metais e certos materiais sintéticos hà 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.
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.
[editar] 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
- 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 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,
ou duas metades, 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.
[editar] Fabricação do modelo
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 diveras camadas de tinta ou resina, por exemplo para
compensar o efeito da contração da peça fundida após o seu resfriamento.
[editar] Bi-partição do modelo
Geralmente,
fabricam-se dois semimodelos 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 imprimido 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.
[editar] 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 quatzo, 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 molhorando a qualidade do molde.
Vale lembrar que as técnicas de moldagem por máquinas apresentam ainda problemas de vibração e de ruído.
[editar] Fabricação do Macho
O
macho é um elemento refratario colocado no molde para definir uma
cavidade ou espaço vazio no fundido final. Um vez que o material irá
fluir em volta do macho ele tem de ser mecanicamente forte durante o
vazamento e ainda tornar-se quebradiço após o vazamento e o
resfriamento, permitindo assim, uma facil remoção da peça fundida. A
areia para a fabricação do macho é preparada em um misturador através
da mistura de areia de silica 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 em quanto
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 exautão 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.
[editar] 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.
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..
[editar] 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 afectam estes eventos são: o tipo 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.
[editar] 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.
[editar] 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.
[editar] 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 jatos de areia, se for o caso.
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 abosoluta em
suas dimensões, não precisam ser torneados, retificados, usinados ou manipulados em suas medidas.
[editar] Tratamento térmico
Depois de usinadas, as peças podem necessitar algum tipo de normalização
em suas estruturas, esta é executada em fornos especiais que fazem a
têmpera (endurecimento total, ou superficial), cementação (Tratamento
de superfície para endurecimento em determinadas regiões da peça), ou
normalização de dureza ou revenimento (recozimento, ou novo tratamento
térmico com a finalidade de aliviar tensões internas).
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.
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.
[editar] Moldes de fundição
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.
[editar] Molde em areia verde
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.
[editar] 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.
[editar] Molde mecânico
Actualmente,
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.
[editar] 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 recobreto 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.
[editar] 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 ou é injetado através de equipamento pneumático ou hidráulico
em cavidades mecânicas (negativo) ou formas de metal maciço não
aderente à liga fundida. A vantagem é a rapidez de injeção,
resfriamento e extração da peça pronta. A desvantagem da coquilha é a
geometria limitada das peças a serem fundidas.
[editar] 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.
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