FUNDIÇÃO - PROCESSOS

Prof. Hélio Padilha

Moldagem em areia a seco Esse processo é principalmente indicado para obtenção de

peças médias e grandes, tanto em metais ferrosos quanto não ferrosos, dentro de especificações rigorosas de acabamento e tolerâncias dimensionais.

A umidade inicial da areia é geralmente superior à das areias verdes. Frequentemente se protege a superfície dos moldes com tintas, o que contribui para o bom acabamento das peças.

Moldagem em areia a seco A moldagem em areia a seco tem como objetivo aumentar a

permeabilidade dos gases e a resistência mecânica dos moldes e machos.

Um molde seco em estufa apresenta maior resistência à erosão do metal líquido, maior estabilidade dimensional, maior resistência à pressão estática do metal líquido e maior resistência à penetração do metal.

Areia – silicato- CO2

O macho ou molde confeccionado com uma areia contendo silicato de sódio como aglomerante é em seguida submetido a uma gasagem com CO2 . A resistência final depende do módulo do silicato - relação SiO2:Na2O , do tempo de gasagem e do tempo de estocagem, sendo que para melhorar a colapsibilidade são adicionados aditivos orgânicos - tais como serragem - à areia de moldagem .

Areia – silicato- CO2

O processo de obtenção do material de moldagem consiste na mistura de uma areia de sílica de elevada pureza (> 98% de sílica), ou de outra equivalente, com um gel viscoso, de composição ternária de silicato de sódio (3 a 4% em peso da areia). Após a mistura estar compactada para formar o molde ou macho, faz-se a insuflação de gás CO2, que acarretará na consistência da peça.

A resistência mecânica à compressão tende a aumentar com o aquecimento resultante do contato com o metal vazado. Este aumento é causado pela desidratação do silicato que atinge um máximo a temperaturas entre 300 e 400 ºC.

Mecanismo físico de endurecimento Durante a “gasagem”, o excesso de CO2 (que é um gás seco)

carrega água e desidrata o silicato. Após a “gasagem”, durante o armazenamento do macho ou

molde, ocorre perda de água para o ambiente. O mecanismo físico é favorecido por altas velocidades

(vazões) de gás CO2 na gasagem. Os consumos de CO2 variam amplamente:

0,2 a 5 m3/kg de silicato dependendo de: vazão de gás configuração de macho / molde método de gasagem

Para economia e desempenho ótimos, deve-se buscar condições que garantam que a maior parte do CO2 seja consumida na reação química de formação do gel de sílica.

Sobregasagem A gasagem por tempos excessivos, isto é, a “sobregasagem”, pode dar

altas resistências imediatas, mas baixas resistências e friabilidade após armazenamento.

Esse fenômeno é interpretado como decorrente de desidratação excessiva do silicato durante a gasagem.

Silicatos de maior relação SiO2/Na2O são mais propensos à “sobregasagem”.

Métodos de gasagem Vários métodos proporcionam diferentes graus de

homogeneidade de distribuição do CO2.Quanto maior essa homogeneidade, maior é a economia de CO2

e melhores propriedades finais.

1- Com pequenas campânulas de borracha O procedimento é inteiramente manual e fortemente dependente do

operador

Métodos de gasagem 2 - Com agulhas dotadas de perfurações laterais

Como a gasagem com campânula, é também um procedimento manual fortemente dependente do operador. As agulhas são, na verdade, tubos com perfurações laterais para melhor distribuição do gás. Antes de iniciar a gasagem com agulhas, é preciso efetuar os furos com uma agulha maciça.

Métodos de gasagem 3 - Através de tampa superior

Este método permite manter pressão elevada de CO2 na areia. A distribuição de gás melhora com alguns respiros na placa. No entanto, respiros executados sem critério podem agir com vias preferenciais de escape dos gases, deixando outras áreas sem gasagem.

Métodos de gasagem 4 - Através da placa-modelo ou da caixa de macho

A distribuição de gás pelo molde é potencialmente melhor do que nas situações anteriores. Requer a incorporação de uma câmara de distribuição de gás (“plenum”) e de respiros na placa e nos modelos. Aqui também, respiros mal distribuídos podem ser contraproducentes.Pode-se manter uma elevada pressão de CO2 na areia através do uso de uma tampa superior.

Cold-box Esse grupo engloba a utilização - como aglomerante - de diversos tipo

de resinas de cura a frio, em processos denominados Cura a Frio e Cold Box (ou Caixa Fria). O tempo de cura e a resistência final dependem da quantidade de resina (de 1 a 2% e do tipo e quantidade do catalisador (de 20 a 40% do peso de resina). No caso do processo Cold Box o catalisador básico do tipo amina é pulverizado junto a um gás de arraste, polimerizando a resina. Esses processos por dispensarem estufagem e longos tempos de secagem praticamente desativaram processos antigos como areia-seca e areia-cimento.

Moldagem em casca – shell molding O uso das resinas foi um grande aperfeiçoamento na utilização

de areia para a produção de moldes de fundição. A areia não precisa mais ser compactada porque o aglomerante, que é como uma espécie de cola, tem a função de manter juntos os grãos de areia. E isso é feito de dois modos: a quente ou a frio.

O processo que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia, é aquele chamado de "shell molding", ou seja, moldagem em casca.

Moldagem em casca – shell molding

Esse processo de moldagem permite que os moldes e machos sejam estocados para uso posterior. Além disso, ele fornece um bom acabamento para a superfície da peça, alta estabilidade dimensional para o molde, possibilidade de trabalhar com tolerâncias mais estreitas e facilidade de liberação de gases durante a solidificação.

É totalmente mecanizado e automatizado e é adequado para peças pequenas e de formatos complexos. A fundição das peças é feita por gravidade.

A maior desvantagem desse processo é o custo mais elevado em relação à moldagem em areia verde.

Resistência mecânica O aumento da resistência mecânica das cascas depende

essencialmente do aumento da percentagem de resina utilizada, da diminuição da superfície específica dos grãos de areia e do aumento da espessura da casca, dentro de determinados limites condicionados pelo aparecimento de defeitos nas peças vazadas devidos à diminuição da permeabilidade ao ar e aos gases ou ao aumento de rugosidade superficial das peças obtidas pela utilização de areia de grãos mais grossos.

Etapas do processo Os modelos, feitos de metal para resistir ao calor e ao

desgaste, são fixados em placas, juntamente com os sistemas de canais e os alimentadores.

A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250°C).

Etapas do processo A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura

de areia /resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura.

Etapas do processo O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa

mistura, após algum tempo (±15 segundos), forma uma casca seca com a espessura necessária (entre 6 e 15 mm) sobre o modelo.

A "cura" da casca, ou seja, o endurecimento da resina se completa quando a placa é colocada em uma estufa em temperaturas entre 350 e 450 °C

Etapas do processo Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos

extratores. Por causa da característica do processo, a casca corresponde a uma

metade do molde. Para obter o molde inteiro, é necessário colar duas metades.

Vantages x desvantagens Vantagens

Maior precisão, tolerâncias dimensionais mais apertadas, maior rigor de forma.

Menor rugosidade superficial. Rapidez de fabricação. Redução do volume de areias de

moldação. Capacidade de armazenamento das

cascas. Moldações leves. Processo mais econômico que os de

areia verde para produção de séries de peças

Desvantagens Custo mais elevado das

areias pré-revestidas. Custo mais elevado das

placas-modelo. Limitação do processo a

peças pequenas e médias (resistência mecânica das cascas).

Areias não recicláveis economicamente.

Espessuras mínimas obtidas de 6mm.

Shell molding por “cura a frio” Existe ainda outra maneira de se obter o

endurecimento, ou cura, da resina sem a utilização de calor. É o processo de cura a frio no qual a resina empregada se encontra em estado líquido. Para que a reação química seja desencadeada, adiciona-se um catalisador à mistura de resina com areia limpa e seca.

Essa mistura é feita, por meio de equipamentos, na hora da moldagem e deve ser empregada imediatamente porque a reação química de cura começa a se desenvolver assim que a mistura está pronta.

Etapas do processo Os modelos, que podem ser feitos de madeira, são fixados

em caixas. A mistura areia/resina/catalisador é feita e continuamente

despejada e socada dentro da caixa, de modo a garantir sua compactação.

A reação de cura inicia -se imediatamente após a moldagem e se completa algumas horas depois.

O modelo é retirado girando-se a caixa 180°. O molde é então pintado com tintas especiais para fundição.

Estas têm duas funções: aumentar a resistência do molde às tensões geradas pela ação do metal líquido, e dar um melhor acabamento para a superfície da peça fundida.

O molde é aquecido com maçarico ou é levado para uma estufa para a secagem da tinta.

Fundição de precisão – cera perdida

Os processos de fundição por precisão utiliza um molde obtido pelo revestimento de um modelo consumível com uma pasta ou argamassa refratária que endurece à temperatura ambiente ou mediante a um adequado aquecimento. Uma vez que essa pasta refratária foi endurecida, o modelo é consumido ou inutilizado. Tem-se assim uma casca endurecida que constitui o molde propriamente dito, com as cavidades correspondentes à peça que se deseja produzir. Vazado o metal líquido no interior do molde, e solidificada a peça correspondente, o molde é igualmente inutilizado.

Cera Perdida

Etapas do processo

Cera Perdida

Etapas do processo O molde é produzido a partir de uma pasta ou lama refratária feita

com sílica ou zirconita, na forma de areia muito fina, misturada com um aglomerante feito com água, silicato de sódio e/ou silicato de etila.

Esta lama endurece em contato com o ar e é nela que o modelo de cera ou plástico é mergulhado. Quando a lama endurece em volta do modelo, forma-se um molde rígido.

Após o endurecimento da pasta refratária, o molde é aquecido, o modelo derretido, e destruído. Essa casca endurecida é o molde propriamente dito e é nele que o metal líquido é vazado. Assim que a peça se solidifica, o molde é inutilizado.

Por causa das características desse processo, ele também pode ser chamado de fundição por moldagem em cera perdida.

Vantagens Principais Vantagens Possibilidade de produção em massa de peças de formas

complicadas que são difíceis ou impossíveis de obter processos convencionais de fundição ou por usinagem;

Possibilidade de reprodução de pormenores precisos, cantos vivos, paredes finas etc.;

Obtenção de maior precisão dimensional e superfícies mais macias;

Utilização de praticamente qualquer metal ou liga; As peças podem ser produzidas praticamente acabadas,

necessitando de pouca ou nenhuma usinagem posterior, o que torna mínima a importância de adotarem-se ligas fáceis de usinar;

Vantagens O processo permite um rigoroso controle do tamanho e contornos

dos grãos solidificação direcional e orientação granular, o que resulta em controle mais preciso das propriedades mecânicas;

O processo pode adotar fusão sob atmosfera protetora ou sob vácuo, o permite a utilização de ligas que exijam tais condições.

Desvantagens As dimensões e peso são limitados, devido a considerações

econômicas e físicas, e devido à capacidade do equipamento disponível. O peso recomendado dessas peças não deve ser superior a 5kg.

O investimento inicial para peças maiores (de aproximadamente 5kg a 25kg) é muito elevado...