PUC Goiás
ENGENHARIA DE CONTROLE E
AUTOMAÇÃO
Disc.: Processos de Fabricação
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
Fundição
Forma
final
Forma
semifinal
Processa
mento
Forma
final
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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).
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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.
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POTENCIALIDADES
1. Vantagem econômica
Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada
2. Flexibilidade quanto à dimensões e peso
De algumas gramas até toneladas
3. Moldagem de formas complexas
Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade)
4. Economia de peso
Pode-se moldar uma peça com a espessura final desejada
5. Produção em série
Fácil automação
6. Economia de usinagem
Bom acabamento superficial e boas tolerâncias dimensionais
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HISTÓRICO
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)
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HISTÓRICO
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
Fonte: R.E. Hummel, Understanding Materials Science, 2nd ed. (2004)
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HISTÓRICO
60 Séculos de empirismo x 5 décadas de ciência
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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
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ASPECTOS GERAIS
SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
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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
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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
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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)
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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.
Líquido atomicamente
desordenado (amorfo)
Núcleo atomicamente
ordenado (cristal)
Liquido
+
Sólido
Sólido
Tempo.
Curva de resfriamento
substância pura ou liga estética
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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
Grãos colunares
Região Coquilhada
Grãos Equiaxiais
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ASPECTOS GERAIS SOBRE SOLIDIFICAÇÃO
Desenvolvimento da macroestrutura da solidificação
Pode-se obter macroestruturas diversas fazendo-se
o controle adequado do processo
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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 subresfriamento (uso de moldes metálicos, resfriadores, etc.).
O máximo de eficácia é atingindo usando-se
INOCULANTES
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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
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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 Galati22
(2006)
PROCESSOS DE FUNDIÇÃO
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Etapas genéricas
1. Fabricação dos modelos
2. Fabricação dos moldes
3. Fabricação dos machos (macharia)
4. Obtenção do metal líquido (fusão)
5. Enchimento do molde com metal líquido (vazamento)
6. Retirada da peça do molde (desmoldagem)
7. Corte de canais e rebarbas (rebarbação e limpeza)
8. Inspeção
9. Tratamentos Térmicos
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Etapas genéricas
Metais e aditivos
Matéria-prima modelo
Fabricação do Modelo
Montagem do Molde
Inspeção
Forno de Fusão
Rebarbação e limpeza
Metal líquido
Desmoldagem
Vazamento
Fabricação do molde
Fabricação do machos
Areia e aditivos
Areia e aditivos
Resfriamento
Areia reaproveitada
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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
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos modelos (exemplos)
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos modelos (exemplos)
Modelo de uma biela
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos Moldes
Os modelos são usados para construir os moldes
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos Moldes
Existem vários tipos
de moldes.
Por exemplo:
molde em areia...
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Instalação dos machos
Os Machos formam
a cavidade interna da
peça fundida
Macho
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Fabricação dos Machos (macharia)
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
A fusão do metal pode ser obtida de várias
maneiras, sendo as principais:
1. Forno Cubilô
2. Forno a indução
3. Forno a arco voltaico
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Obtenção do metal líquido (fusão)
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Enchimento do molde (vazamento)
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Retirada da peça (desmoldagem) corte e limpeza
Desmoldagem
Limpeza (jateamento)
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PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Inspeção
Raios X
Partículas
Magnéticas
Líquidos
Penetrantes
Se faz uso geralmente de ensaios não destrutivos
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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
PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Principais tipos
1. Fundição em areia
2. Fundição em casca (shell molding)
3. Fundição em cera perdida
4. Fundição em moldes permanentes
5. Fundição em molde cheio
6. Fundição centrífuga
7. Fundição e forjamento
8. Fundição a vácuo
9. Fundição melt-spinning
10. Fundição contínua
Principal diferença
entre eles é em
como os moldes são
obtidos
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Exemplos de peças fundidas