Fundição: Guia Completo de Processos Metalúrgicos

Revisão para a Prova de Processos Metalúrgicos

Conceitos Fundamentais da Fundição

O que é Fundição? É o processo de fabricação de peças metálicas que consiste essencialmente em encher com metal líquido a cavidade de um molde com formato e medidas correspondentes aos da peça a ser fabricada.

Temperatura de Fusão: É a temperatura em que o metal passa do estado sólido para o líquido.

Fluidez: É a capacidade de uma substância de escoar com maior ou menor facilidade. Por exemplo, a água tem mais fluidez que o óleo porque escorre com mais facilidade.

Tolerância Dimensional: É a faixa dentro da qual uma medida qualquer pode variar. Por exemplo, o desenho especifica uma medida de 10 mm, com uma tolerância dimensional de ± 1. Isso quer dizer que essa medida pode variar entre 9 e 11 mm.

Vantagens do Processo de Fundição

• As peças fundidas podem apresentar formas externas e internas desde as mais simples até as bem complicadas, com formatos impossíveis de serem obtidos por outros processos.
• A fundição permite um alto grau de automatização e, com isso, a produção rápida e em série de grandes quantidades de peças.

Etapas da Fundição (Passo a Passo)

O processo de fabricação dessas peças por meio de fundição pode ser resumido nas seguintes operações:

Confecção do Modelo – Confecção do Molde – Confecção dos Machos – Fusão – Vazamento – Desmoldagem – Rebarbação – Massalote – Limpeza.

Características e Defeitos dos Produtos Fundidos

As características a serem consideradas incluem: Tamanho da peça, Formato e complexidade, Quantidade, Matéria-prima, Arredondamentos de cantos, Furos pequenos e Acréscimo de sobremetal.

Alguns defeitos comuns das peças fundidas são:

• Inclusão de areia do molde nas paredes internas ou externas da peça.
• Defeitos de composição da liga metálica que causam o aparecimento de partículas duras indesejáveis no material.
• Rechupe.
• Porosidade.

Tipos de Moldagem

Molde de Areia

O Molde de Areia consiste em compactar mecânica ou manualmente uma mistura refratária plástica chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar.

Esse processo segue as seguintes etapas:

1. A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão.
2. O modelo, coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é então colocado no fundo da caixa.
3. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de marteletes pneumáticos. Essa caixa é chamada de caixa-fundo.
4. A caixa-fundo é virada de modo que o modelo fique para cima.
5. Outra caixa de moldar, chamada de caixa-tampa, é então posta sobre a primeira caixa. Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida.
6. Enche-se a caixa com areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia.
7. O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas.
8. Abre-se o copo de vazamento na caixa-tampa.
9. Abre-se o canal de distribuição e o canal de entrada na caixa-fundo e retira-se o modelo.
10. Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam-se presilhas ou grampos.
11. Depois disso, o metal é vazado e, após a solidificação e o resfriamento, a peça é desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém-se, assim, a peça fundida, que depois é limpa e rebarbada.

Características Essenciais dos Moldes

Os moldes devem apresentar as seguintes características essenciais:

• Resistência: Suficiente para suportar a pressão do metal líquido.
• Resistência à Erosão: Para suportar a ação erosiva do metal que escoa rapidamente durante o vazamento.
• Mínima Geração de Gás: Durante o processo de vazamento e solidificação, a fim de impedir a contaminação do metal e o rompimento do molde.
• Permeabilidade: Suficiente para que os gases gerados possam sair durante o vazamento do metal.
• Refratariedade: Que permita suportar as altas temperaturas de fusão dos metais e que facilite a desmoldagem da peça.
• Possibilidade de Contração: Que acomode a contração da peça, que acontece durante a solidificação.

Tanto metais ferrosos quanto não ferrosos podem ser fundidos nesse tipo de molde. Os moldes são preparados, o metal é vazado por gravidade, e as peças são desmoldadas durante rápidos ciclos de produção. Após a utilização, praticamente toda a areia (98%) pode ser reutilizada. Esse processo de moldagem é facilmente mecanizável, sendo realizado por meio de máquinas automáticas.

Vantagens e Desvantagens da Moldagem em Areia Verde

Shell Molding (Moldagem de Casca)

O Shell Molding é um dos processos que usa calor para provocar a reação química entre o aglomerante e os grãos da areia. Ele é realizado da seguinte maneira:

1. 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.
2. A placa é presa na máquina e aquecida por meio de bicos de gás até atingir a temperatura de trabalho (entre 200 e 250ºC).
3. A placa é então girada contra um reservatório contendo uma mistura de areia/resina de modo que o modelo fique envolto por essa mistura.
4. O calor funde a resina que envolve os grãos de areia e essa mistura, após algum tempo (±15 segundos), forma uma casca (“shell”) com a espessura necessária (entre 10 e 15 mm) sobre o modelo.
5. 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 450ºC.
6. Após 2 ou 3 minutos, a casca é extraída do modelo por meio de pinos extratores.

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

Fundição de Precisão (Investment Casting)

A Fundição de Precisão é utilizada para peças de, no máximo, 5 kg, oferecendo melhor acabamento e tolerâncias mais estreitas, resultando em um produto com características aliadas à qualidade.

Por esse processo, pode-se fundir ligas de alumínio, de níquel, de magnésio, de cobre, de cobre-berílio, de bronze-silício, latão ao silício, ligas resistentes ao calor, além do aço e do aço inoxidável para a produção de peças estruturais para a indústria aeronáutica, para motores de avião, equipamentos aeroespaciais, de processamento de dados, turbinas a gás, máquinas operatrizes, equipamentos médicos, odontológicos, ópticos, etc.

Enquanto nos processos por fundição em areia, o modelo é reaproveitado, na fundição de precisão o molde é destruído após a produção da peça.

Vantagens e Desvantagens da Fundição de Precisão

• Vantagens:
  1. Possibilidade de obtenção de maior precisão dimensional e superfícies com melhor acabamento.
  2. Possibilidade de utilização de praticamente qualquer metal ou liga.
• Desvantagens:
  1. O custo se eleva à medida que o tamanho da peça aumenta.
  2. Para peças maiores (entre 5 e 25 kg), o investimento inicial é muito elevado.

Molde Permanente (Permanent Mold Casting)

Os processos de fundição por molde permanente usam moldes metálicos para a produção das peças fundidas. Por esses processos, realiza-se a fundição por gravidade ou por pressão. Usar um molde permanente significa que não é necessário produzir um novo molde a cada peça que se vai fundir. A vida útil de um molde metálico permite a fundição de até 100 mil peças.

Os produtos típicos da fundição em moldes permanentes são: bases de máquinas, blocos de cilindros de compressores, cabeçotes, bielas, pistões e cabeçotes de cilindros de motores de automóveis, coletores de admissão.

Esses produtos, se comparados com peças fundidas em moldes de areia, apresentam maior uniformidade, melhor acabamento de superfície, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhores propriedades mecânicas. Por outro lado, além de seu emprego estar limitado a peças de tamanho pequeno e produção em grandes quantidades, os moldes permanentes nem sempre se adaptam a todas as ligas metálicas e são mais usados para a fabricação de peças de formatos mais simples, porque uma peça de formas complicadas dificulta não só o projeto do molde, mas também a extração da peça após o processo de fundição.

Fundição Sob Pressão (Die Casting)

Os moldes metálicos também são usados no processo de Fundição Sob Pressão. Este consiste em forçar o metal líquido a penetrar na cavidade do molde, chamado de matriz.

A Matriz de Aço, ferramenta tratada termicamente, é geralmente construída em duas partes hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. O metal é bombeado na cavidade da matriz sob pressão suficiente para o preenchimento total de todos os seus espaços e cavidades. A pressão é mantida até que o metal se solidifique. Então, a matriz é aberta e a peça é ejetada por meio de pinos acionados hidraulicamente. Para realizar sua função, as matrizes têm que ter resistência suficiente para aguentar o desgaste imposto pela fundição sob pressão, e são capazes de suportar entre 50 mil e 1 milhão de injeções.

A fundição sob pressão é automatizada e realizada em dois tipos de máquina: máquina de câmara quente e máquina de câmara fria.

Vantagens e Desvantagens da Fundição Sob Pressão

1. Vantagens:
   • Alta capacidade de produção.
   • Alta durabilidade das matrizes.
2. Desvantagens:
   • Limitação de peso (raramente superior a 5 kg).
   • Alto custo dos equipamentos e acessórios.

A indústria automobilística utiliza uma grande quantidade de peças fundidas sob pressão: tampas de válvulas, fechaduras, carcaças de motor de arranque, maçanetas, caixas de câmbio de máquinas agrícolas. O mesmo acontece com a indústria aeronáutica, que usa peças fundidas principalmente de ligas de alumínio e magnésio. Essa variedade de produtos indica a importância desse processo de fabricação dentro do setor de indústria metal-mecânica.

Diferenciação dos Processos de Fundição

A produção de uma peça de fundição envolve basicamente fazer um modelo, fazer um molde a partir desse modelo, e vazar (despejar) metal líquido dentro do molde.

O que diferencia um processo do outro é tanto o modo como o metal líquido é vazado (pode ser por gravidade ou pressão) quanto o tipo de moldagem utilizado (em moldes de areia ou em moldes metálicos).