ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Disc.: Processos de Fabricação II
Prof. Jorge Marques
Aula 3
Fundição em Areia Verde
Referências:
CHIAVERINI, V. Tecnologia Mecânica. Vol. II
TORRE, J. Manual Prático de Fundição
Telecurso 2000. Processos de Fabricação.
Síntese genérica do processo de fundição
• O modelo tem o formato da peça a ser produzida.
• As reentrâncias e furos são feitos com os machos
adequadamente posicionados no modelo.
• No processo por gravidade, o processo ocorre em
caixa de moldagem bipartida na horizontal.
Normalmente a caixa inferior recebe a maior parte
da peça e a superior (ou tampa) o canal de
vazamento do metal líquido, massalotes, machos de
reentrâncias superiores e sobressaltos.
– Massalote é uma reserva de metal a repor na peça, a fim
de se evitar a contração de volume com a solidificação.
Fundição em Areia Verde
(ou simplesmente Areia)
• Processo de vazamento por gravidade, com molde
feito em areia de fundição.
• A areia recebe adição de argila e água e, de acordo
com a necessidade outros elementos.
• A mistura umedecida de areia e argila é compactada
sobre o molde, numa caixa de moldagem.
• A compactação pode ser manual ou mecanizada.
• A granulação da areia deve ser fina o suficiente para
promover bom acabamento, mas grossa o suficiente
par permitir a saída de gases
Sequência de Operações da Fundição em Areia
Fonte:
Chiaverini
Sequência de Operações da Fundição
Fonte:
Chiaverini
Fundição em Areia - Modelos
• Os modelos têm o formato e o tamanho ligeiramente
maior da peça, por causa da dilatação térmica e
também sobremetal para usinagens posteriores.
• Quando necessário, os modelos contém aberturas
para alojamento de machos e massalote.
• São produzidos por usinagem de diversos materiais,
de acordo com a aplicação e escala de produção:
– Madeira
– Alumínio
– Aço
– Material plástico
Fundição em Areia - Machos
• Os machos também são de areia e são produzidos
numa caixa de macho com dimensões ligeiramente
menores que o furo ou reentrância desejada.
• A caixa de macho pode ser feita de madeira ou
metal, por processo de usinagem.
Caixa de
Macho
Macho
Caixas de Moldar
• São feitas de chapas de aço, com nervuras para
suportar as pressões de compactação.
• Não possuem fundo: uma face (que fará divisa com a
caixa complementar) é apoiada sobre a superfície de
modelagem (uma tábua ou bancada) e a outra face
recebe a compactação.
• Nas extremidades possuem garras para a fixação da
parte superior com a inferior.
Caixas de Moldar
Processo mecanizado
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Areia
– Composição: areia, argila e água
– Deve resistir à pressão e erosão de vazamento
– Controle da granulometria: acabamento x saída de
gases.
– O molde de areia é destruído para a retirada da
peça fundida.
– A areia é até 98% reutilizada.
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Modelo:
– Principais materiais usados na sua fabricação:
madeira, alumínio, aço, PVC e outros plásticos.
– Tem o formato da peça desejada.
– Nas dimensões, acrescenta-se a contração térmica
e o sobremetal para acabamentos.
– É reutilizado diversas veses.
– É moldado na caixa inferior
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Caixa de macho
– É o molde de fabricação de macho.
• Bipartido, com união firme por grampos, os
moldes são reutilizados diversas vezes.
– Material da caixa de macho: madeira, alumínio,
aço, etc.
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Macho
– Elemento que produz furos e reentrâncias na peça
fundida.
– Feito de areia compactada na caixa de macho.
– Deve ter as dimensões inferior à peça acabada:
das dimensões da peça, subtrai-se a contração
térmica e o sobremetal de acabamento.
– É alojado no molde (que contém o alojamento
adequado para o encaixe deste)
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Massalote (ou alimentador)
– Elemento que realimenta as zonas esvaziadas
pelas contrações líquida de da mudança de fase
– É posicionada do lado oposto ao canal de descida.
– É moldado por meio de um “modelo” simples na
caixa superior, conectando-se com o molde (caixa
inferior).
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Massalote
– Repõe as zonas esvaziadas pelas contrações
(a) Contração no estado líquido; (b) contração na mudança de estado; (c)
contração no estado sólido; (d) resulta em peça menor que o molde
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Canal de descida (ou canal de vazamento)
– Juntamente com o canal de entrada, conduz o
metal fundido até o molde.
– É moldado por meio de “modelo” simples na caixa
superior.
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Canal de entrada
– Normalmente o canal é aberto com o auxílio de
ferramentas manuais para fazer a ligação entre o
canal de descida até o molde.
– Pode também ser moldado por meio de um
complemento no modelo. Mas, neste caso é
preciso garantir a precisão de locação do canal de
descida.
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Caixa de moldagem
– É dividida em caixa inferior e caixa superior
– Fabricadas em aço, as caixas não possuem tampa
nem fundo, só laterais.
– Devem resistir às pressões de compactação
– A caixa inferior é unida à superior por grampos.
Fundição em Areia Verde
Elementos da fundição em areia verde
• Placa de separação (ou porta modelos)
– Têm a função de garantir o alinhamento entre o
elemento da caixa inferior (molde) e os elementos
da caixa superior (massalote, partes do molde e
canal de descida).
– Servem também para protegem o molde infeior
quando da moldagem do superior.
Vantagens da moldagem em areia verde
1. A moldagem por areia verde é o que exige menos
investimento dentre todos os métodos de produção de
moldes.
2. Há menos distorção de formato do que nos métodos
que usam areia seca.
3. As caixas de moldagem estão prontas para a reutilização
em curto intervalo de tempo.
4. Boa estabilidade dimensional.
5. Menor possibilidade de surgimento de trincas.
Desvantagens da areia verde
1. O controle da areia é mais crítico do que nos outros
processos que também usam areia.
2. Maior erosão quando as peças fundidas são de
maior tamanho.
3. O acabamento da superfície piora nas peças de
maior peso.
DIMENSIONAMENTOS
Modelos
Machos
Massalotes
Contração no estado sólido
Da temperatura de solidificação até a temperatura
ambiente as contrações típicas são:
MATERIAL
CONTRAÇÃO (%)
Aço carbono
Alumínio
Cobre
Ferro fundido branco
2,5 a 3,5
6,5
5,0
4,0 a 5,5
Ferro fundido cinzento
0 a 2,0
Dimensionamento do(s) Massalote(s)
O massalote tem a função de reabastecer o molde
durante a contração líquida e durante a contração de
mudança de fase (solidificação).
Para isso o massalote deve:
• Ser o último elemento a solidificar
• Exercer pressão (coluna líquida) para sobre a peça
em formação.
• Ter reserva líquida suficiente para abastercer as
zonas contraídas.
Dimensionamento de Massalotes
Requisito Térmico
• Módulo de resfriamento: 𝑀 =
𝑉
𝑆
– 𝑉 = Volume
– 𝑆 = Área superficial
Tempo de resfriamento: 𝑡 = 𝐶𝑀²
𝐶 = constante do material.
• O módulo de resfriamento do massalote deve ser
maior que o módulo de resfriamento da peça.
𝑀𝑚 = 𝑘𝑀𝑝
; 1,0 < 𝑘 < 1,3
𝑘 = coeficiente de segurança. Depende dos e formatos
materiais da peça e do molde
Dimensionamento de Massalotes
Requisito Volumétrico
• O volume do massalote deve ser maior ou igual ao
volume de metal a ser fornecido para compensação
da contração durante a solidificação.
Equação Básica ⇒
𝑽𝒎 =
𝒃𝑽𝒑
𝜼−𝒃
• 𝑽𝒑 = Volume da peça
• b = Coeficiente de contração volumétrica
• η = Rendimento do massaloteCaso Geral: η = 14%
Valores de b para algumas ligas metálicas
LIGA
Bronze
Latão
Ligas de Mg
Al Si
Al Cu
Al Mg
Aço 0,8 %C
Aço 0,3%C
b
0,04
0,06 a 0,07
0,045 a 0,06
0,045 a 0,08
0,065 a 0,08
0,08 a 0,09
0,06 a 0,07
0,05 a 0,06
Número de massalotes
• Regra geral: o massalote é capaz de reabastecer bem
até uma região 2T distante. Sendo T a
espessura/altura da peça.
Exercícios
Projeto do modelo
Contração
Sobremetal
Machos
Massalote