ENCONTRO DE USUÁRIOS MAGMA 2013 de... · 2018-07-10 · Encontro de usuários MAGMA 2013 Cálculo do massalote direto cego sem luva Mp = 2,5 cm Mm = Mp x K Mm = 2,5x1,2 Mm = 3,0

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Forging & Casting Expertise Combined

ENCONTRO DE USUÁRIOS

MAGMA 2013 Estudo de diferentes tipos de massalotes

(luvas) na obtenção do ferro fundido nodular

Engenheiro de Processos: Geicimar Ismael

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GRUPO BRASIL Timeline

2000 É criado o Grupo Brasil, com o objetivo de adquerir empresas focadas no segmento de auto peças.

2000 Primeira empresa adquirida pelo Grupo Brasil: MTP – Metalúrgica Tubos de Precisão Ltda. – tubos de aço sem costura

2002 Aquisição da Sifco , peças forjadas e usinadas para caminhões e ônibus, e também de sua subsidiária Westport Axle Corp que vende eixos pesados para caminhões e outros componentes usinados da Sifco na América do Norte.

2002 Aquisição da Vulcan Material Plástico Ltda, plásticos laminados.

2004 Aquisição da Alujet Industrial e Comercial Ltda., rodas de liga leve.

2006 Aquisição da ThyssenKrupp Fundições Ltda., nomeada BR Metals Fundições Ltda., peças de ferro fundido cinzento e nodular.

2008 Aquisição da Karmann Guia, ferramentaria de estampos.

Ano Evento

Encontro de usuários MAGMA 2013

3

Localização

Planta Matozinhos - MTZ Capacidade: 2,000 Ton / mês

MG

SP RJ

MG

SP RJ

Sifco Plant

BP Plant

MTZ Plant

Planta Barra do Piraí - BP Capacidade: 8,000 Ton / mês

BH

SP RJ


Sifco Jundiaí Capacidade: Ton / mês

4

Planta Barra do Piraí

Área total: 3.8 M m2

Área Construída: 45,000 m2

Capacidade Produção: 8,000 t/ Mo

N° Empregados: 1,480

Materiais: Cinzento 30%

Nodular 70%

60 moldes / h Capacidade

1.250 x 950 x 400/400 Tamanho Caixa (mm)

30 a 300 Peso (kg)

Green Sand

Künkel & Wagner Processo

II Linhas moldação

7 moldes / dia

Customized

Até 1.000

No Bake

III

110 moldes / h 2,5 M pçs / ano

900 x 700 x 300/300 450 x 350 x 720

20 a 80 1 a 35

Green Sand Künkel & Wagner

Shell molding

V IV


5

Planta Matozinhos

120 moldes / dia Capacidade

Customizado Tamanho Caixa (mm)

300 a 2.000 Peso (kg)

No Bake Processo

Linha Leve Linhas moldação

10 moldes / dia

Customizado

2,000 a 30,000

No Bake

Linha Pesada

Área: 225,000 m2

Área construída: 18,000 m2

Área disponível para

usinagem 1,325 m2

Capacidade Produção: 2,000 t/ Mo

N° Empregados: 460

Materiais: Cinzento 15%

Nodular 85%


6

Barra do Piraí

Matozinhos

Mercados Estratégicos


7

Virabrequim 2.3l Peso: 20 kg

Virabrequim 1.8l 12 kg




Linha de Produtos : Automóveis


8

Quinta Roda 104 kg

Tambor de Freio 70 kg

Volante 30 kg

Linha de Produtos: Caminhões e Ônibus


9

Carcaça Semi Eixo

132 kg

Munhão do Eixo

18 kg

Cubo

220 kg

Braço do Levantador

81 kg

Carc. Conversor Torque

180 kg

Roda Traseira

2.980 kg

Linha de Produtos: Construção e Mineração


10

Carcaça Central 84 kg

Carcaça do Diferencial 346 kg

Carcaça de Transmissão 152 kg

Carcaça do Semi-eixo 63 kg

Linha de Produtos: Agrícola


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Rotor

8.920 kg

Base Suporte

16.450 kg

Base Suporte

8.250 kg

Eixo

2.210 kg

Linha de Produtos: Energia Eólica


Matozinhos

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Linha de Produtos: Industrial

Bloco do

Compressor 700 kg

Rotor 2.310 kg

Bloco do Motor

20.300 kg

Estampos

Carcaça da Bomba


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Objetivo do trabalho


Objetivo Principal:

-Correlacionar a prática com o MAGMA

Objetivos secundários:

-Verificar a luva de melhor rendimento metalúrgico

-Verificar a influência do material das luvas na alimentação

-Verificar a influência do tipo da luva na alimentação

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Definição de massalote


Função do massalote:

-Reserva de metal líquido com o objetivo de compensar a contração do

metal líquido.

-Deve possuir módulo maior que a região a ser alimentada

-Deve possuir volume suficiente para alimentar a região solicitada

-Podem ser feitos naturais (areia) ou com a utilização de luvas em

diferentes materiais e dimensões:

•Material isolante

•Material exotérmico

•Material super exotérmico

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Cálculo Módulo da peça


Peça Cálculo do volume

V= 15x15x15

V= 3.375 cm³

Cálculo da área

A= 15x15x6

A= 1.350 cm²

Cálculo do módulo

M= V/A

M= 3.375/1350

M= 2,5 cm

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Cálculo do volume necessário para o massalote com luva


Regra da contração

Esta regra avalia se o(s) massalote(s) tem volume de metal suficiente para compensar a contração volumétrica da

peça ou parte da peça que esta sendo alimentada.

Assim o massalote deve atender a seguinte relação:

∑Vm ≥ Vc x K’ x r, onde:

∑Vm = somatória dos volumes dos massalotes;

Vc = volume da cavidade do molde correspondente à peça ou parte de peça a ser alimentada;

r = taxa de contração volumétrica

K’ = coeficiente de eficiência do massalote.

Coeficiente de eficiência do massalote: K’

O quadro abaixo apresenta valores para o coeficiente de eficiência do massalote em função do tipo de massalote,

da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos.

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Taxa de Contração Volumétrica: r

O quadro a seguir, apresenta valores para taxa de contração volumétrica (r) em função do tipo de liga, do

sobreaquecimento do metal e tipo de moldes. O sobreaquecimento é a diferença entre a temperatura de vazamento

da liga e a do liquidus.

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Valores de ds e dq e relação ds/dq

Como o volume da cavidade do molde é maior que o volume da peça sólida, no momento de verificar a suficiência

do volume do massalote, é necessário estabelecer uma correção. Para encontrar este fator de correção, dividi-se a

densidade sólida pela densidade líquida do material a ser fundido.

Este volume corrigido é encontrado empregando a seguinte relação:

Vc = Vp x ds/dq, onde:

Vc = volume da cavidade;

ds = densidade do metal sólido;

dq = densidade do metal líquido.

O quadro abaixo, apresenta valores para ds, dq e da relação ds/dq

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Cálculo do volume necessário para o massalote

Com todos estes dados, temos o seguinte volume necessário para o massalote:

Vm ≥ Vc x K’ x r, sendo:

Vc = 3.375 x 1,058

Vc = 3.570,75 cm³

K’ = 4 (massalotes cobertos com luvas e/ou pó exotérmico

r = 0,03 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde rígido para ferro fundido nodular)

Vm ≥ 3.570,75 x 4 x 0,03

Vm ≥ 428,49 cm³

r = 0,1 (sobreaquecimento de 150ºC acima do liquidus, molde não rígido para ferro fundido nodular)

Vm ≥ 3.570,75 x 4 x 0,1

Vm ≥ 1.428,30 cm³

OBS: para molde não rígido teoricamente,o volume do massalote deve ser 70% maior.

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Cálculo do massalote direto cego sem luva


Cálculo do massalote direto cego sem luva

Mp = 2,5 cm

Mm = Mp x K

Mm = 2,5x1,2

Mm = 3,0 cm

Dm = 4,5xMm

Dm = 4,5x3,0

Dm = 135 mm

Hm = 1,5xDm

Hm = 1,5x135

Hm = 202,5 mm

Vm = 3.570,75 x 6 x 0,03

Vm = 642,735 cm³

Lm = 0,5xDm

Lm = 0,5x135

Lm = 67,5 mm

O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de

massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos

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Cálculo do massalote direto cego com luva


Cálculo do massalote direto cego com luva

Mp = 2,5 cm

Mm = Mp x K

Mm = 2,5x0,9

Mm = 2,25 cm

Dm = 4,0xMm

Dm = 4,0x2,25

Dm = 90 mm

Hm = 1,0xDm

Hm = 1,0x90

Hm = 90 mm

Vm = π/4 x Dm² x Hm

Vm = 572,55 cm³

O quadro abaixo apresenta os valores para K em função do tipo de

massalote, da liga e do uso ou não de produtos exotérmicos

Luva 9x12 – super exotérmica

22

Comparativo massalotes - luvas


Massalote 1 Massalote 2


23



Massalote 5


Massalote 6

24 Encontro de usuários MAGMA 2013


Peça 1 Peça 2 Peça 3

Peça 4 Peça 5 Peça 6

Peça 7

Modificada a seção de 60% para

50% conforme as demais.

25 Encontro de usuários MAGMA 2013


-Luva 12x15 ISO120

-Isolante

-Peso metal: 9,69Kg

-Luva 10x13 EXO130

-Exotérmica

-Peso metal: 5,98Kg

-Luva 9x12 EXO200

-Super exotérmica

-Peso metal: 4,66Kg

-Luva 80D EXO200

-Super exotérmica

-Peso metal: 3,53Kg

-Luva Ø105 EXO200

-Super exotérmica

-Peso metal: 3,96Kg

-Luva 8x11 EXO200

-Super exotérmica

-Peso metal: 7,76Kg

-Luva 9x12 EXO200

-Super exotérmica

-Peso metal: 5,01Kg

Luvas de mesma geometria

Peça 1 Peça 7 Peça 6 Peça 5 Peça 4 Peça 3 Peça 2

26

Projeto 2D


27

Dados do Teste


Dados do teste:

-Peso / peça: 23,95 Kg

-Peso total: 271,15 Kg

-Luva 1: Iso 120 - 12x15,

macho estrangulador Willy

-Luva 2: Exo 130 - 10x13


-Luva 3: Exo 200 - 9x12,


-Luva 4: Exo 200 – 80D,


-Luva 5: Exo 200 – Ø105,


-Luva 6: Exo 200 – 8x11 RBI,


-Luva 7: Exo 200 – 9x12,

macho estranguladro cônico

-Sem luva

5 7 8

3 2 1 4

6

Stable mold: molde rígido

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Teste prático


Modelo superior Molde superior Peças + massalotes

3 2 1 4

6 7 8 5

Peça sem massalote

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Dados práticos do vazamento e Parâmetros MAGMA


Parâmetros MAGMA e dados prático do vazamento:

Prática:

-Temperatura de vazamento: 1390°C

-Tempo de vazamento: 23s

Magma:

-Inoculação: good

-Eficiência da inoculação: 50%

-Precipitação de grafita: 8

30

Módulo térmico peça 1 - 4


Peça 4

Luva 80D super

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12

super exotérmica

Peça 4

Luva 80D

super exotérmica

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

31

Módulo térmico peça 5 - 8


Peça 5

Luva Ø105

super exotérmica

Peça 7

Luva 9x12

super exotérmica

Peça 6

Luva 8x11 super

exotérmica

Peça 8

Sem luva

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

dentro do

massalote

Maior módulo

próximo da

seção de ligação

32

Ponto quente MAGMA peça 1 - 4


Peça 4

Luva 80D super

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Peça 3

Luva 9x12 super

exotérmica

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 1

Luva 12x15

Isolante

Peça 3

Luva 9x12

super exotérmica

Peça 4

Luva 80D

super exotérmica

Peça 2

Luva 10x13

exotérmica

Ponto quente

no massalote

Ponto quente

no massalote Ponto quente

no massalote

Ponto quente

no massalote

Ponto quente

no massalote

33

Ponto quente MAGMA peça 5 - 8


Peça 5

Luva Ø105

super exotérmica

Peça 7

Luva 9x12

super exotérmica

Peça 6

Luva 8x11 super

exotérmica

Peça 8

Sem luva

Ponto quente na

seção de ligação

do massalote

Ponto quente

no massalote Ponto quente

no massalote

Ponto quente

no massalote

34

Precipitação de grafita x Tendência a porosidade MAGMA


Precipitação de grafita 6

PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6

PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8


PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6


PÇ 1 PÇ 2 PÇ 6

PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8 PÇ 9

PÇ 9

PÇ 9

PÇ 1 PÇ 2 PÇ 3 PÇ 4 PÇ 5 PÇ 6 PÇ 7 PÇ 8

35

Tendência a porosidade MAGMA – peça sem massalote


Sem LP Com LP

36

Tendência a porosidade MAGMA x prática


Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica

Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 – Luva 80D super exotérmica

Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica

Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica

Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica

Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 4 – Luva 80D super exotérmica

Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica


37

Tendência a porosidade MAGMA x prática


Peça 5 – Luva Ø105 super exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super exotérmica

Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 8 – sem luva




Peça 8 – sem luva



38

Redução de altura no massalote – contração líquida


Peça 1 – Luva 12x15 Isolante Peça 4 – Luva 80D super exotérmica Peça 2 – Luva 10x13 exotérmica Peça 3 – Luva 9x12 super exotérmica

Peça 8 – sem luva Peça 7 – Luva 9x12 super exotérmica Peça 5 – Luva Ø105 super

exotérmica Peça 6 – Luva 8x11 RBI super

exotérmica

Altura interna

luva

Altura massalote

Diferença de altura

135 mm 127 mm - 8 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


118 mm 102 mm - 16 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


111 mm 102 mm - 9 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


115 mm 107 mm - 8 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


85 mm 97 mm - 12 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


208 mm 197 mm - 11 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


111 mm 105 mm - 6 mm

Altura interna

luva

Altura massalote


202 mm 187 mm - 15 mm

39

Comparativo geral massalotes e luvas


Maior Custo

de Produção

OBS: Para o cálculo do preço do metal dos massalotes foi

considerado o preço do metal base de R$ 1,65/Kg.

MAIOR

40

Comentários finais:


-Para que se tenha um menor custo de produção, fica mais viável a utilização de luvas com material

super exotérmico.

-O maior custo é o com a utilização de massalote sem luva.

-O melhor rendimento metalúrgico foram das luvas 80D – domada e da luva esférica Ø105 mm, ambas

produzidas com material super exotérmico.

-O tipo de luva a ser utilizado será em função do tipo da peça, da região a ser alimentada, o tipo de

linha de produção, o tipo de moldação, tipo de areia etc.

-Descobrimos que para cada tipo de material das luvas, isolante, exotérmico e super exotérmico, para

definirmos o Ø do massalote direto cego, devemos utilizar um fator multiplicativo diferenciado:

•Super exotérmico: Dm = 4,0 x Mm

•Exotérmico: Dm = 4,4 x Mm

•Isolante: Dm = 5,3 x Mm

OBS: Nas apostilas técnicas não temos estas informações, temos apenas a equação: Dm = 4,0 x Mm

-Mantendo a relação da seção de ligação de 50% do Ø massalote para todos os massalotes do

trabalho, temos para as luvas com material super exotérmico uma menor seção de ligação, com isto

uma maior facilidade de quebra do massalote e um menor tempo de rebarbação.

-Parâmetros de processo, principalmente inoculação, deve ser bem controlado. Com inoculação

insuficiente o sistema de alimentação (massalotes), pode tornar-se insuficiente.

41

Oportunidades de trabalhos:


-Desenvolvimento de luvas específicas para determinados tipos de peças.

-Desenvolvimento de luvas de menor altura e em consequência menor volume e peso.

-Fazer um trabalho mantendo apenas 1 tipo de material para luva e variar o estrangulamento da seção

de ligação do massalote, verificando a influência na alimentação.

-Fazer um trabalho modificando o tipo da areia de moldação, com o objetivo de verificar na prática a

influência da resistência do molde na alimentação:

•Areia aglomerada com resina, sem compactação: Die mold

•Areia aglomerada com resina, com compactação: Stable mold

•Areia aglomerada com bentonita, com compactação: Weak mold

-Verificar a influência da cunha atmosférica na eficiência dos massalotes.

-Fazer parceria com escolas técnicas para o desenvolvimento destes trabalhos, SENAI de Itaúna.

-Verificar a influência da inoculação na alimentação.

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Mensagem Final


“Fundição não é uma arte!

É um campo do conhecimento tecnológico,

bastante complexo e com grande número

de variáveis.

Exige pois do fundidor o saber e a

sensibilidade de um artista!”

MUITO OBRIGADO!!!

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