Aula 2 Processos de Fundição 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 2000. Processos de Fabricação. Slides prof. Fábio Simões.

Fundição Introdução

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.

Possíveis rotas da fabricação utilizando a Fundição Metais/ ligas Forma final Fundição Forma semifinal Processamento Forma final

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).

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.

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

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

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

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

60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência 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

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO

Importância da Solidificação 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

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

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 100.000.000.000.000.000.000x (cem quinqualhões de vezes)

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. T (ºC) Tf Liq. Liquido + Sólido Sólido Tempo. Curva de resfriamento substância pura ou liga estética Líquido atomicamente desordenado (amorfo) Núcleo atomicamente ordenado (cristal)

ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação

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

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

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

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

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)

PROCESSOS DE FUNDIÇÃO

PROCESSO DE FUNDIÇÃO Etapas genéricas Fabricação dos modelos Fabricação dos moldes Fabricação dos machos (macharia) Obtenção do metal líquido (fusão) Enchimento do molde com metal líquido (vazamento) Retirada da peça do molde (desmoldagem) Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza) Inspeção Tratamentos Térmicos

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

Fabricação dos modelos 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

Fabricação dos modelos (exemplos) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos modelos (exemplos)

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

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

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

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

Fabricação dos Machos (macharia) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Fabricação dos Machos (macharia)

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

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

Enchimento do molde (vazamento) PROCESSO DE FUNDIÇÃO Enchimento do molde (vazamento)

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

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

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

Principal diferença entre eles é em como os moldes são obtidos PROCESSO DE FUNDIÇÃO Principais tipos Fundição em areia Fundição em casca (shell molding) Fundição em cera perdida Fundição em moldes permanentes Fundição em molde cheio Fundição centrífuga Fundição e forjamento Fundição a vácuo Fundição melt-spinning Fundição contínua Principal diferença entre eles é em como os moldes são obtidos

Exemplos de peças fundidas