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PUC Goiás ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disc.: Processos de Fabricação II Prof. Jorge Marques Aula 2 Processos de Fundição Fontes CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica.

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1 PUC Goiás ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disc.: Processos de Fabricação II Prof. Jorge Marques Aula 2 Processos de Fundição Fontes CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. II TORRE, J. Manual Prático de Fundição Telecurso Processos de Fabricação. Slides prof. Fábio Simões.

2 Fundição Introdução

3 Fundição Processo que consiste em encher com metal fundido as cavidades de um molde no formato e tamanho da peça sólida desejada. Produz de lingotes a peças técnicas. De toneladas a pequenos gramas. É um processo inicial, ou seja, normalmente requer processos complementares para a finalização da peça. Entretanto, algumas peças podem ser finalizadas apenas com o processo de fundição.

4 4 Metais/ ligas Fundição Forma final Forma semifinal Processa mento Forma final Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição

5 5 CARACTERÍSTICAS Peças fundidas são obtidas deixando-se solidificar um metal líquido vazado em um molde cuja forma corresponde ao negativo da peça a ser obtida. Permite obter, de modo econômico, peças de geometriacomplexa (liberdade de forma).

6 6 CARACTERÍSTICAS A Fundição é realizada em metais cujo ponto de fusão não é demasiadamente elevado e o mesmo possua boa fluidez Ligas mais comuns na fundição Ferro Fundido, Alumínio, Cobre, Zinco, Magnésio e suas respectivas ligas.

7 7 POTENCIALIDADES 1.Vantagem econômica Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada 2.Flexibilidade quanto à dimensões e peso De algumas gramas até toneladas 3.Moldagem de formas complexas Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade) 4.Economia de peso Pode-se moldar uma peça com a espessura final desejada 5.Produção em série Fácil automação 6.Economia de usinagem Bom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais

8 8 HISTÓRICO Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2 nd ed. (2004) 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

9 9 HISTÓRICO Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2 nd ed. (2004) 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

10 10 HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência

11 11 HISTÓRICO 60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência O atraso na exploração de materiais fundidos está provavelmente relacionado à completa ignorância da natureza do fenômeno de solidificação e das microestruturas produzidas

12 12 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

13 13 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Importância da Solidificação Salvo raríssimas exceções todos os produtos metálicos passam necessariamente pela solidificação em algum estágio de sua obtenção. É na fundição de metais que a solidificação encontra seu mais vasto campo de aplicação

14 14 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Na fundição, a solidificação do metal ocorre, geralmente, em poucos segundos. É um tempo muito breve no processo produtivo de uma peça, mas é o coração do processo. Se estes poucos segundos de solidificação não forem bem controlados eventuais defeitos de fabricação podem surgir inviabilizando a utilização da peça produzida

15 15 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Um material metálico ao passar do estado líquido para o estado sólido (e vice-versa) sofre uma drástica mudança de viscosidade Ao se fundir os materiais metálicos têm sua viscosidade aumentada em aproximadamente x (cem quinqualhões de vezes)

16 16 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Na solidificação de um metal tem-se a formação de, geralmente, vários núcleos cristalinos envolvidos em um líquido que possui natureza amorfa. Núcleo atomicamente ordenado (cristal) Líquido atomicamente desordenado (amorfo) Tempo. Liq. Liquido + Sólido Sólido T (ºC) TfTf Curva de resfriamento substância pura ou liga estética

17 17 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

18 18 Grãos Equiaxiais Região Coquilhada Grãos colunares ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

19 19 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se o controle adequado do processo

20 20 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação Para a grande maioria das aplicações dos metais busca-se otimizar as propriedades mecânicas e tecnológicas através de uma microestrutura de grãos refinados. Na fundição isto pode ser obtido através do controle das variáveis de processo que propiciem um máximo sub- resfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.). O máximo de eficácia é atingindo usando-se INOCULANTES

21 21 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Utilizando inoculantes Inoculante é um pó geralmente fino de um material covenientemente escolhido (dependendo da liga a ser fundida) depositado no metal ainda líquido. Favorece o surgimento de maior número de núcleos. Dependendo de sua dispersão, reduz o efeito da formação de macroestrutura de fundição

22 22 ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Utilizando inoculantes aço ferrítico (Fe-Si) Barra de aço solidificada sem o uso de inoculantes Barra de aço solidificada com o uso de inoculantes Fonte: C Constantinescu, The annals of Dunarea de Jos University of Galati (2006)

23 23 PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

24 24 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas genéricas 1.Fabricação dos modelos 2.Fabricação dos moldes 3.Fabricação dos machos (macharia) 4.Obtenção do metal líquido (fusão) 5.Enchimento do molde com metal líquido (vazamento) 6.Retirada da peça do molde (desmoldagem) 7.Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza) 8.Inspeção 9.Tratamentos Térmicos

25 25 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas genéricas Metais e aditivos Forno de Fusão Areia e aditivos Fabricação do molde Montagem do Molde Metal líquido Fabricação do machos Areia e aditivos Resfriamento Desmoldagem Areia reaproveitada Rebarbação e limpeza Inspeção Fabricação do Modelo Matéria-prima modelo Vazamento

26 26 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos Consiste em construir modelos com o formato da peça a ser fundida O modelo é importante, pois a partir dele faz-se a construção do molde. Suas dimensões devem prever a contração do metal durante o processo e sobremetal para posterior usinagem O modelo pode ser construído de madeira, plásticos, metais leves, gesso, cera, isopor, entre outros

27 27 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos (exemplos)

28 28 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos (exemplos) Modelo de uma biela

29 29 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Moldes Os modelos são usados para construir os moldes

30 30 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Moldes Existem vários tipos de moldes. Por exemplo: molde em areia...

31 31 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Os Machos formam a cavidade interna da peça fundida Macho Instalação dos machos

32 32 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Machos (macharia)

33 33 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Obtenção do metal líquido (fusão) A fusão do metal pode ser obtida de várias maneiras, sendo as principais: 1.Forno Cubilô 2.Forno a indução 3.Forno a arco voltaico

34 34 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Obtenção do metal líquido (fusão)

35 35 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Enchimento do molde (vazamento)

36 36 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza Desmoldagem Limpeza (jateamento)

37 37 PROCESSO DE FUNDIÇÃO Inspeção Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos Líquidos Penetrantes Partículas Magnéticas Raios X

38 Classificação dos Processos de Fundição Os processos de fundição são classificados de acordo com condições de preenchimento do molde e também pelo material do molde e tipo de modelagem, os mais comuns são: Fundição por gravidade – Molde de areia verde – Shell molding – Molde metálico Fundição sob pressão, molde metálico Fundição por centrifugação, molde metálico

39 39 1.Fundição em areia 2.Fundição em casca (shell molding) 3.Fundição em cera perdida 4.Fundição em moldes permanentes 5.Fundição em molde cheio 6.Fundição centrífuga 7.Fundição e forjamento 8.Fundição a vácuo 9.Fundição melt-spinning 10.Fundição contínua PROCESSO DE FUNDIÇÃO Principais tipos Principal diferença entre eles é em como os moldes são obtidos

40 Exemplos de peças fundidas


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