Fundição por Coquilhamento

Hélio Padilha

FundiçãoO vazamento de metal líquido em moldes de

areia é uma das mais antigas artes industriais. Ainda é utilizado quando as peças fundidas são requeridas em pequenas quantidades, de tamanho excepcionalmente grande ou muito intrincadas. Peças com melhor acabamento superficial são produzidas pela fundição em matriz por gravidade. O metal é vazado dentro de uma matriz de ferro ou de aço. Este processo torna-se econômico quando há uma demanda para um número considerável de peças.

Moldes permanentes O termo “ molde permanente” é usado na fundição

para descrever um molde que pode ser usado repetidamente. Em contraste com a moldagem em areia que tem de ser destruída para remover o fundido, o molde permanente é projetado de maneira que possa ser separado para remover o fundido solidificado.

Os fundidos em moldes permanentes podem ser produzidos através de todos os metais incluindo ferro e ligas de cobre, mas são usualmente metais leves, tais como à base de zinco, magnésio, e alumínio.

Se o metal é vazado manualmente para o molde sem pressão exterior, os fundidos produzidos em moldes permanentes são chamados "fundidos por gravidade".

Se o metal é forçado a entrar para o molde, os fundidos são designados por "fundidos sob pressão".

Fundição em coquilha

Feito por gravidade, esse processo consiste em obter peças por meio do vazamento do metal líquido em um molde metálico, também chamado de coquilha. A introdução do metal é essencialmente determinada pela força da gravidade.

Fundição em coquilhaOs moldes metálicos apresentam algumas

vantagens sobre a fundição em moldes de areia. As principais são:

◦melhor acabamento superficial,◦melhores tolerâncias dimensionais;◦permitem reduzir o sobre-metal de usinagem;◦melhor qualidade microestrutural (e mecânica)

devido a maior velocidade de resfriamento ;◦menor necessidade de operações de limpeza e

rebarbação dos fundidos.

Fundição por gravidade O fluxo de metal em um molde permanente sob

condições de gravidade é designado como molde permanente por gravidade.

Existem duas técnicas em uso: vazamento estático, onde o metal é introduzido no topo do molde através de canais de descida similar à areia em fundição; e vazamento inclinável, onde o metal é vazado numa bacia enquanto o molde está numa posição horizontal e flui para a cavidade à medida que o molde é gradualmente inclinado para a posição vertical.

Normalmente, a fundição por gravidade é usada porque é mais precisa do que a fundição por concha. É preferido quase exclusivamente a fundição por concha para componentes de ligas leves.

Fundição de baixa pressãoEste processo emprega coquilhas metálicas com vazamento por baixo, contra a gravidade, por meio de um tubo de alimentação (“pescador”). As pressões de 0,5 kgf/cm2 a 1,5 kgf/cm2 são aplicadas por meio de ar comprimido, preferencialmente, contendo baixa umidade.

O processo da baixa pressão foi desenvolvido especialmente para a fabricação de rodas automotivas, principalmente devido à sua geometria. Hoje seu emprego expandiu-se para outros componentes automotivos (braços e bandejas de suspensão) ou aeroespaciais.

Processo que promove um melhor refinamento da microestrutura melhorando as propriedades mecânicas dos fundidos.

Processos Manualmente operados, os moldes permanentes podem

consistir num arranjo simples de molde tipo livro.

ProcessosPara fundidos com paredes e nervuras altas que requerem uma contração do molde sem rotação, o dispositivo manual pode ser usado. Com qualquer tipo de dispositivo, as metades do molde são separadas manualmente após soltar os ganchos excêntricos do metal.

Dispositivos semi-automáticos

Para grandes volumes de produção, os dispositivos manuais são substituídos por mecanismos de ar comprimidovou hidráulicos em dois sentidos. Estas unidades podem ser programadas para abrir e fechar num ciclo pré-definido. Assim sendo a operação é automática exceto no vazamento do metal e na remoção dos fundidos.

Mesa giratóriaFundidos pequenos e de baixo peso, podem ser vazados e removidos manualmente, mas o processo manual torna-se cada vez mais difícil à medida que a temperatura e o peso do fundido aumentam. O processo de fundição deve ser então automatizado. Isto é efetuado muitas vezes utilizando máquinas de fundição montadas numa mesa giratória.Uma mesa giratória comumente usada acomoda 12 dispositivos de fundido, como mostra a figua e completa uma revolução em 2 a 7 minutos.

Temperatura de vazamentoOs fundidos de moldes permanentes

são geralmente vazados com um metal que é mantido com uma gama de temperatura relativamente apertada. Esta gama é estabelecida pela composição do metal a ser vazado, espessura das paredes do fundido, tamanho e peso do fundido, prática de arrefecimento do molde, revestimento do molde e sistemas de alimentação usados.

Baixa temperatura de vazamento

Se a temperatura de vazamento é mais baixa que a ótima, a cavidade do molde não irá preencher, materiais de adição (se usados) não serão ligados, o sistema de alimentação ou reservatório irá solidificar antes da última parte do fundido, e as seções finas irão solidificar demasiado rapidamente e interromperão a solidificação direcional.

Uma baixa temperatura de vazamento resulta consequentemente em paradas no ciclo de produção, porosidade, pobre detalhe do fundido, e fissuras a quente.

Por vezes, só um pequeno aumento na temperatura de vazamento é necessário para prevenir essas fissuras.

Alta temperatura de vazamentoUma alta temperatura de vazamento causa

contrações no fundido e empenamento do molde, o que leva à perda de tolerância dimensional.

Em adição, variações na composição do metal podem desenvolver-se se o metal fundido tem componentes que se tornem voláteis a altas temperaturas de vazamento.

Altas temperaturas de vazamento também aumentam o tempo de solidificação (diminuindo assim a taxa de produção) e quase sempre diminuem a vida do molde.

Temperatura do moldeSe a temperatura do molde é muito alta, os fundidos

tornam-se muito frágeis para serem extraídos sem ser danificados, e as propriedades mecânicas e o acabamento dos fundidos é comprometida.

Quando a temperatura do molde é muito baixa, entupimentos e paradas do ciclo de produção podem ocorrer. A alimentação é inibida, o que geralmente resulta em contração, fissuras a quente e aderência do fundido aos moldes e machos.

As variáveis que determinam a temperatura do molde incluem:◦ Temperatura de vazamento: quanto mais alta a

temperatura de vazamento mais alta a temperatura do molde;

◦ Frequência do ciclo: quanto mais rápido o ciclo da operação mais quente fica o molde;

Temperatura do molde

◦ Peso do fundido: a temperatura do molde aumenta à medida que o peso de metal fundido aumenta;

◦ Forma do fundido: seções grandes isoladas, cavidades dos machos e cantos aguçados não só aumentam a temperatura total do molde, mas também produzem gradientes térmicos indesejáveis

◦ Espessura das paredes do fundido: a temperatura do molde aumenta à medida que a espessura das paredes do fundido aumentam.

◦ Espessura das paredes do molde: a temperatura do molde diminui à medida que a espessura da parede do molde aumenta.

Revestimento do molde Um revestimento é aplicado ao molde e às superfícies

dos machos para servir como barreira entre o metal fundido e as superfícies do molde enquanto uma película do metal solidificado é formada.

Os revestimentos dos moldes são usados: 

◦ Para prevenir o arrefecimento prematuro do metal fundido;◦ Para controlar a taxa e a direção de solidificação do fundido

e por isso a sanidade e a estrutura do mesmo;◦ Para minimizar o choque térmico ao material do molde;◦ Para prevenir a soldagem do metal fundido ao molde;◦ Para permitir a saída de ar aprisionado na cavidade do

molde;◦ Para facilitar a retirada da peça solidificada (efeito

lubrificante).

Requisitos do revestimento

Para prolongar a vida do molde, um revestimento não deve ser corrosivo.

Deve aderir bem ao molde e também ser fácil de remover. Também deve se manter em contato direto com as superfícies

do molde. Um revestimento do molde deve ser inerte ao metal fundido e

livre de materiais reativos ou de materiais que produzem gases.

Se o isolamento é necessário para prevenir que seções finas, sistemas de alimentação, e reservatórios solidifiquem muito rapidamente, óxidos do metal, mica, talco, entre outros, podem ser adicionados ao revestimento do molde.

O grafite é adicionado quando é necessário um arrefecimento mais rápido.

Lubrificantes, que facilitam a remoção dos fundidos dos moldes, incluem esteatite, talco, mica e grafite.

MachosOs machos usados nos processos de moldes

permanentes podem ser de ferro fundido cinzento, aço, areia, ou gesso.

Machos de metal podem ser móveis ou estacionários. Machos estacionários devem ser perpendiculares à linha de separação dos moldes para permitir a remoção do fundido do molde, e devem ter uma forma tal que permita uma liberação rápida do fundido.

Machos de metal que não são perpendiculares à linha de separação devem ser móveis de modo que possam ser retirados do fundido antes dele ser removido do molde.

Remoção dos fundidosApós a solidificação de um fundido, o

molde é aberto e o fundido é removido. Para facilitar a remoção do fundido do molde, um lubrificante sólido ou um spray é muitas vezes adicionado ao longo do revestimento do molde. Para muitos fundidos, cavilhas de expulsão ou alavancas devem ser usadas. As cavilhas dos machos e os machos devem ser desenhados de modo que não interfiram com a remoção dos fundidos dos moldes.

Coquilha x fundição em areia A peça fundida em coquilha possui um custo final

menor (por peça) pois a fundição em areia varia em função das quantidades;

A produção é maior e mais rápida no coquilhamento; O acabamento superficial é melhor; As peças podem ser fundidas com insertos postiços,

buchas, eixos, etc.; Na mesma ferramenta é possível alterar diâmetros de

furos ou dimensões de buchas alterando apenas os postiços do molde;

O custo do molde é muito superior ao custo do molde em areia, exceto nos casos onde a usinagem posterior tem custo muito elevado;

A fabricação de pequenas quantidades para teste ou amostras não depende de programação de produção.

Coquilha x shell mouldingA peça fundida em coquilha possui um custo

final menor (por peça) pois o custo da fundição em shell moulding varia muito em função das quantidades;

A produção é equivalente nos dois processos porém e tempo inicial para produção em coquilha é menor;

Possui acabamento superficial similar;Custo do molde é similar quando comparado

com a placa shell molding;É possível produzir alterações nas peças sem

alterações no molde, somente através de alterações nos postiços do molde.

Coquilha x injeção de alumínioA peça fundida em coquilha tem custo

menor em pequenas quantidades, pois, para grandes quantidades o custo da injeção torna-se vantajoso;

A produção é superior na injeção e o prazo de entrega é menor para grandes quantidades;

A qualidade da peça injetada é superior;Nos dois processos as peças podem ser

fundidas com buchas, insertos e postiços;O custo do molde no processo de injeção é

maior que no processo de coquilhamento.

Coquilha x usinagem A peça fundida em coquilha possui um custo final menor

somente para médias quantidades pois na usinagem não existe fabricação de moldes;

A produção é superior na fundição por coquilha e o prazo de entrega é menor para médias quantidades;

A qualidade da peça usinada é superior; A peça pode ser fundida com buchas, insertos e postiços

e, na usinagem, é necessária a confecção de furos para instalar elementos postiços (cola, soldagem, etc.)

O custo do molde influi no custo da peça e na usinagem não existem os moldes;

Não existe geração de sucata (cavaco) no coquilhamento o que torna o processo isento da necessidade de armazenamento, transporte e reciclagem dos rejeitos.