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Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Aulas 08 – Processos de Moldagem em Areia à Verde 1. Introdução Divisão clássica dos materiais de moldagem Aspectos relevantes no comportamento dos materiais de moldagem 2. Processos de Fundição em Moldes de Areia Tipos de ligantes Areias para moldes e para machos Métodos para compactação de moldes e machos. 3. Moldagem em Areia à Verde. Características tecnológicas de um molde de areia. Fatores determinantes das características tecnológicas. Constituintes das misturas. Moldagem manual Moldagem mecânica – Máquinas de Moldagem Caracterização das matérias primas de moldagem através de Ensaios de Laboratório de Areias. Programa de controle de um sistema de areias. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Divisão Clássica dos Materiais de Moldagem Não Destrutíveis (vida finita) Moldes Metálicos Limitações quanto a peso das peças e temperatura do metal Melhores precisões dimensionais Destrutíveis (uma utilização) Moldes de Areia A areia pode ser reciclada Piores precisões dimensionais 1 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Aspectos Relevantes no Comportamento dos Materiais de Moldagem • Projeto e construção dos moldes • Comportamento dos moldes durante o processo • Ensaios e controle das propriedades dos materiais de moldagem • Significado metalúrgico dos moldes Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Processos de Fundição em Moldes de Areia Tipo de Ligante Inorgânicos Argilas Orgânicos Resinas 2 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Características necessárias para um molde de areia Plasticidade ⇒ Resistência a esforços (extração do modelo) Consistência ⇒ Reproduzir e conservar a forma da cavidade após a extração do modelo Refratariedade ⇒ Resistir às temperaturas elevadas às quais são submetidos Permeabilidade ⇒ Permitir a saida do ar e de gases da cavidade do molde Colapsibilidade ⇒ Devem ser facilmente destrutíveis após a solidificação das peças Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde À Verde Bentonita +Água Areias para Moldes Aglomerados com Resinas Areias para Machos Aglomerantes orgânicos/inorgânicos 3 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Areias para Moldes Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Areia à Verde Areia Seca Areia de Cura à Frio (Cold Box) Areia para Shell Moulding Areias para Machos Areia + Silicado de Na + CO2 Areia de Cura à Quente (Hot Box) Areia + Óleo de Linhaça Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Métodos de Compactação Usados na Produção de Moldes 1. Socamento Manual 3. Ação Vibratória 2. Compressão P 4. Arremesso Areia 4 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição 1. Socamento Manual Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Métodos de Compactação Usados na Produção de Machos Ar comprimido Câmara 2. Sopro e Disparo Bocais Caixa de Machos Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Areias para Moldagem à Verde 1. Características de um Molde de Areia. 2. Constituintes da Mistura. 3. Caracterização dos Constituintes e da Mistura através de Ensaios de Laboratório. 5 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Características Tecnológicas de um Molde de Areia • Permeabilidade • Estabilidade Térmica Dimensional • Inércia Química • Difusividade Térmica • Refratariedade • Desmoldabilidade Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Fatores determinantes das características tecnológicas • Qualidade dos materiais de moldagem. • Teores dos constituintes. • Forma de preparação da mistura. • Forma de compactação. 6 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde MOLDAGEM EM AREIA A VERDE : AREIA BASE + AGLOMERANTE + ÁGUA + ADITIVOS Areia Base ⇒ constituinte granular refratário Aglomerante ⇒ bentonita ⇒ ação de ligação entre os grãos da areia base. Água ⇒ ligações químicas ⇒ “aglomeração” dos grãos Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Aditivos: Pó de Carvão: • atenua efeitos de expansão da sílica • reduz contato do metal líquido com a superfície do molde ⇒ Melhora o acabamento superficial Amido de Milho (Mogul) • aumenta a plasticidade Dextrina • aumenta resistência aos efeitos da expansão térmica da sílica 7 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Moldagem Manual • Peças de grande porte e/ou produzidas em pequena escala • Utiliza modelos soltos e soquetes manuais ou marteletes pneumáticos. • Apresenta limitações quanto a precisão dimensional e o acabamento superficial das peças obtidas • Os moldes obtidos são muito heterogêneos Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Moldagem Mecânica Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Utiliza Máquinas ou Prensas de Moldagem • Peças de pequeno e/ou médio portes • Produção em grandes séries • Modelos geralmente em placas (em um ou nos dois lados da placa → “match plate” • Permite obtenção de precisão dimensional peças com melhor 8 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Máquinas de Moldagem 1. Somente por Impacto • 1a geração de Máquinas de Moldagem • Movimento de ascensão e descenso da placa de suporte. Pistão de Vibração • Utilizada para Moldes de Pequeno Porte Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Máquinas de Moldagem 2. Impacto + Compressão P Placa de Compressão • Combinam ações de impacto e compressão. • Indicadas para moldes maiores que exigem maiores esforços. Pistão de Vibração 9 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Máquinas de Moldagem 3. Prensas de Moldagem DISAMATIC • Partição Vertical do Molde • Opera sem caixa Prensa Especial de Moldagem Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição • 03 Modelos com Dimensões Padronizadas Aula 08: Moldagem em Areia à Verde MOLDAGEM DISAMATIC Seqüência de Operações: EXTRAÇÃO DO MODELO COLOCAÇÃO DE MACHOS FECHAMENTO VAZAMENTO/RESFRIAMENTO DESMOLDAGEM 10 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Caracterização das Matérias Primas de Moldagem através de Ensaios em Laboratório de Areias Módulo de Finura Granulometria Coeficiente de Angularidade Concentração Areia Base Teor de Finos Teor de Argila AFS Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Partículas < 20µm Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Caracterização das Matérias Primas de Moldagem através de Ensaios em Laboratório de Areias Partículas Grossas (% retido em 200 mesh) Bentonita Inchamento → troca iônica Adsorção de Azul de Metileno → grau de pureza (troca iônica) Mistura Padrão (5% bentonita) → Ensaios Tecnológicos 11 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 08: Moldagem em Areia à Verde Programa de Controle de um Sistema de Areias Resistência Plasticidade Propriedades Tecnológicas Permeabilidade Compactibilidade Teor de Umidade Teor de Argila Total (AFS) Variáveis de Composição Teor de Argila Ativa Teor de Voláteis Granulometria Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Aulas 09 – Processos de Moldagem e Macharia em Areias Aglomeradas com Resinas 1. Introdução Diferentes processos de moldagem e macharia que utilizam areias aglomeradas com resinas. 2. Processos de Moldagem e Macharia Areia – Silicato de Sódio – CO2 Areia – Cimento. Shell Moulding Caixa Fria (Cold Box) Caixa Quente (Hot Box) § § § § Constituintes das Misturas Processamento Mecanismos de Cura Características dos Moldes/Machos Vantagens e Limitações. 12 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. SHELL MOULDING (Moldagem em Casca) Constituintes da Mistura Areia Base + Resina Termofixa + Catalizador AREIA COBERTA Mecanismo de Cura O filme de resina é total ou parcialmente polimerizado pela ação do calor. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. SHELL MOULDING Procedimento para Obtenção de Moldes Shell • Mistura ⇒ Areia “Coberta” • Colocação da areia em caixa basculante. • Basculamento da areia sobre a placa modelo (recoberta com desmoldante e pré-aquecida à 200-2600C. • Manutenção pelo tempo necessário à formação da espessura de casca desejada. • Basculamento para remoção da areia não curada. • Extração da casca (meio molde). • Fechamento do Molde (colagem de duas cascas). 13 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Shell Moulding Caixa Basculante Casca curada Suporte Areia Coberta b) Areia “cura”em contato com a placa aquecida Placa Modelo a) Modelo é erguido em direção à caixa basculante c) Modelo e caixa são basculados. d) Modelo e “casca” são abaixados.. f) Molde obtido pela união entre 02 “cascas”. e) A “casca” (meio molde) é extraída da placa modelo. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2 • Mistura (areia + Silicato de Na) 1.Processamento • Compactação (molde ou macho) • Gasagem com CO2 2. Mecanismo ⇒ de Cura: • Modificações fisico-químicas produzidas no filme de silicato pela ação do CO2 14 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Areia - Silicato de Sódio – CO2 3. Características dos moldes/machos: • Elevada Rigidez ⇒ • Baixa Colapsibilidade Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Estabilidade dimensional em peças de grande porte. ⇒ Restrições na utilização e necessidade de aditivos. Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Areia - Óleo • Mistura (areia + óleo de linhaça) 1. Processamento • Compactação (molde ou macho) • Estufagem (200-2500C) → 1-4 h • Cura ao Ar → 4-24 h 2. Mecanismo ⇒ de Cura • Filme de óleo sobre as partículas de areia polimeriza sob a ação do calor ou de aceleradores químicos. 15 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Areia - Óleo 3. Características dos moldes/machos: ⇒ • Baixa Rigidez • Alta Colapsibilidade ⇒ Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Indicado principalmente para machos pequenos e de geometria simples. Poucas restrições na utilização e dispensa o uso de aditivos. Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Fria (Cold Box) • Mistura: Areia + Sistema FenólicoUretânico (resina fenólica +isocianato) 1. Processamento • Compactação (molde ou macho) • Introdução do Catalisador (Amina Terciária ) noa forma de suspensão em um gás (CO2 - N2 ou ar). 2. Mecanismo de Cura ⇒ Polimerização das resinas sob a ação do catalisador do tipo amina terciária. 16 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Fria (Cold Box) 3. Aplicações ⇒ Fabricação de machos em pequenas e grandes séries. 4. Características: • Rapidez na obtenção. • Excepcional Colapsibilidade. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Fria (Cold Box) • Precisão dimensional • Elevada Colapsibilidade • Elevada produtividade Vantagens: • Fluidez da mistura • Excelente acabamento superficial • Baixa pressão de compactação • Dispensa armações metálicas • Não requer estufagem • Utilização imediata após extração 17 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Fria (Cold Box) • Alto custo das resinas e catalizador • Rigoroso controle da qualidade da areia Desvantagens: • Necessidade de controle da temperatura de trabalho da areia • Ferramentais para produção seriada exigem mais detalhes elevando os custos • O ambiente precisa ser arejado com controle da exaustão • Baixo tempo de estocagem (elevada higroscopia) • O sistema de gasagem aumenta o custo Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Quente (Hot Box) 1. Constituintes da Mistura Areia Base + Resinas + Catalizador Uréia-formol/álcool furfúrico Resinas Uréia-formol/fenol-formol Fenol-formol/álcool furfúrico Quando decomposto pelo calor da Catalizador: latente ⇒ caixa de macho, libera o composto ativo que provoca a cura. 18 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Quente (Hot Box) • Mistura: Areia + Resina + Catalizador • Sopro ou tiro da mistura numa caixa metálica previamente aquecida. 1. Processamento • Manutenção por um período de tempo necessário para a cura 2. Mecanismo de Cura ⇒ Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição O calor do ferramental inicia a reação exotérmica que endurece o macho progressivamente da periferia para o centro em função da polimerização da resina. Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Quente (Hot Box) 3. Aplicações ⇒ Produção de grandes séries de machos maciços, de espessura reduzida e com elevado índice de complexidade. • Os machos de maior espessura devem ser feitos preferencialmente com resina furânica devido maior rapidez na cura ⇓ • Maior rapidez de cura e redução no tempo de permanência no ferramental. 19 Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Quente (Hot Box) • Copia facilmente detalhes (alta fluidez). • Bom acabamento. • Usa-se areia mais grossa ⇒ menor consumo de resinas. Vantagens: • Boa colapsibilidade. • Maior produtividade em comparação com o Shell. • Dispensa estufagem (não sofre deformações) • Permite o emprego de qualquer tipo de misturador (contínuo ou não). • Aplica-se em Al – Mg – FoFos - Aços Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 09: Moldagem e macharia em areias com resians. Processo Caixa Quente (Hot Box) • Exige energia térmica para cura. • Ferramentais mais sofisticados e onerosos. Desvantagens: • Não se pode usar qualquer material na confecção dos ferramentais (alta abrasão). • Vida útil da mistura aproximadamente 4h. • Desprendimento de gases tóxicos durante a cura. • Dificuldade de cura em paredes mais espessas (acima de 30 mm) 20