UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul UNIJUÍ – Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul
UERGS – Universidade Estadual do Rio
UERGS – Universidade Estadual do Rio Grande do SulGrande do Sul DETEC – Departamento de Tecnologia
DETEC – Departamento de Tecnologia DISCIPLINA – Fundição
DISCIPLINA – Fundição
PROJETO E MEMORIAL DE CÁLCULOS PARA FUNDIÇÃO EM
PROJETO E MEMORIAL DE CÁLCULOS PARA FUNDIÇÃO EM
ALUMÍNIO DE UM MARTELO DE COZINHA
ALUMÍNIO DE UM MARTELO DE COZINHA
Acadêmicos: Acadêmicos:
José Carlos S. Cavalheiro José Carlos S. Cavalheiro
Marcelo Bataglin Marcelo Bataglin
Professor: Professor:
Genaro Marcial Mamani Gilapa Genaro Marcial Mamani Gilapa
Panambi, Março de 2008. Panambi, Março de 2008.
SUMÁRIO SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS
1 – OBJETIVO
O objetivo deste trabalho consiste na fundição de um martelo de bater carne em liga de alumínio em moldes de areia a partir de um modelo já existente de martelo em madeira.
Em função de já se ter o modelo pronto do martelo partiu-se diretamente para a preparação da areia e moldagem da caixa para a fundição a peça.
Os processos de moldagem e fundição da peça foram executados no Laboratório de Soldagem da Unijuí. Para o aquecimento do alumínio foi utilizado um forno de têmpera, em função de não haver outro equipamento mais adequado.
O processo de fundição foi realizado pelos componentes do grupo de pesquisa e contou com o auxílio do professor da disciplina e colaboradores.
2 – INTRODUÇÃO
A indústria de fundição de alumínio brasileira ocupa destacada posição no mercado nacional. Devido às vantagens que este tipo de matéria-prima apresenta em relação a outros materiais, o uso do alumínio por parte das indústrias transformadoras vem merecendo destaque.
O processo de fundição pode ser entendido como a transformação do metal sólido em líquido, tornando possível assim seu escoamento em moldes com formatos previamente estabelecidos, dando o respectivo formato ao alumínio quando o mesmo se solidifica.
O objeto de estudo deste trabalho é um simples martelo de bater carne, mas através dele podemos realizar um vasto estudo sobre o processo de fundição do alumínio. Optou-se por usar um martelo já pronto e com suas dimensões finais, a fim de fazer uma análise inversa do processo, estabelecendo quais parâmetros são importantes para uma perfeita fundição.
Apresenta-se a seguir o memorial de cálculos e metodologia usados para a realização da fundição, bem como a análise dos resultados obtidos no desenvolvimento da parte prática de fabricação do molde e da própria fundição e vazamento do material, até a retirada da peça já semipronta do modelo.
3 – PROPOSTA DA PEÇA ESCOLHIDA
Propõe-se para o estudo da disciplina de fundição projetar e fundir um utensílio doméstico muito utilizado na cozinha. O Martelo de cozinha serve para bater alimentos como bifes, tornando-os mais macios. Os martelos têm, por vezes, uma dupla face, ou seja, de um lado servem para bater, e do outro se assemelham a um machado, que serve para cortar peças de carne com osso, por exemplo.
3.1 - Definição do Objeto: Martelo
Martelo (do latim medievo martellu, derivado das formas clássicas marculus ou martulus) é um instrumento usado para golpear objetos e possuindo, conforme o uso ao qual
se destina, inúmeros tamanhos, formatos e materiais de composição, tendo todos a característica comum do formato, que consiste de um cabo ao qual se fixa a cabeça, através do alvado ou olho. Tem seu uso tão variado que vai do Direito à medicina; da carpintaria à indústria pesada; da escultura à borracharia, do esporte às manifestações culturais.
3.2 - História do Martelo
O martelo é uma das ferramentas mais primitivas já confeccionadas pelo homem. Achados arqueológicos exibem formas primitivas, em diversos tipos de pedra, originalmente usadas diretamente, muitas delas trazem já indícios de que era usado algum tipo de cabo.
3.3 - Terminologia
• Alfeça (alfece, alfeço, alferça ou alferce) - é a peça de ferro ou aço utilizada para abrir o alvado;
• Alvado ou olho - orifício onde o cabo é fixado.
• Cabeça - pode ser tanto o conjunto superior da ferramenta, como a parte rombuda desta;
• Malear - (adjetivo) relativo a martelo; (verbo) usar o martelo, distender o metal com marteladas.
• Orelha - Lado oposto da cabeça, que nalguns modelos é fendida, a fim de permitir sejam arrancados ou acertados os pregos ou cravos.
• Unha - parte curva, terminada em gume, da orelha.
O uso do martelo chama-se martelação, martelagem ou martelamento; a ação diz-se martelar, martelejar ou malear; já aquele que usa tal instrumento é o martelador ou marteleiro.
3.4 - Física do Martelo
Um martelo é basicamente um amplificador de força que serve para converter o trabalho mecânico em energia cinética e pressão.
No movimento que precede cada pancada, uma certa quantidade de energia cinética é armazenada na cabeça do martelo, igual ao comprimento do movimento ( D) com a força de
impulso ( f ) produzida pelos músculos do braço, junto à força da gravidade.
Quando o martelo golpeia, sua cabeça é freada pela força oposta, que vem do objeto; esta é igual e oposta à força que a cabeça do instrumento exerce sobre o alvo. Se o objeto for rígido e maciço, ou se estiver posicionado sobre algum tipo de bigorna, sua cabeça irá percorrer apenas uma distância muito curta (d ), antes de parar. Visto que a força de frenagem
(F ) ocorre num tempo e distância muito menor que aquela oriunda de f - F será bem maior em
razão da diferença D / d . Desse modo, não é necessário usar-se muita energia para que se
produza uma grande força de impacto, capaz de dobrar o ferro, ou quebrar a pedra mais dura.
3.5 - Efeito da Cabeça
A quantidade de energia liberada pelo golpe do martelo é equivalente à metade da sua massa vezes a velocidade ao quadrado, na hora do impacto. Enquanto a energia liberada no
alvo multiplica-se linearmente pela massa, aumenta geometricamente com a velocidade (veja o efeito do cabo, mais abaixo).
Como os martelos devem ser usados em muitas circunstâncias, ocorre vezes em que a pessoa não possui espaço suficiente para empreender grande movimento ou força, essa troca de energia varia de acordo com a viabilidade. Obviamente, quando o martelador possui bastante espaço, e o martelo possui uma cabeça grande e longo cabo (como numa marreta), será aplicado o máximo de energia sobre o alvo. Como não se pode usar um equipamento de grandes dimensões, para alvos pequenos, o desenho do instrumento é adaptado para as muitas variações de uso e efeitos desejados. Materiais novos e inovações de formato foram introduzidas para a concepção dos martelos, com maior efeito amortecedor nos cabos e cabeças com ângulos diferentes, visando com isso facilitar o uso em relação aos modelos primitivos.
3.6 - Efeito do Cabo
O cabo do martelo ajuda de muitas formas. Mantém as mãos do usuário longe do ponto de impacto. Possui uma área grande, onde a mão pode segurar com segurança. Sua função mais importante, porém, é permitir seja imprimida uma maior velocidade a cada golpe. O empecilho maior ao comprimento do cabo é a falta de espaço que eventualmente ocorra, para se balançar o martelo. Por essa razão que as marretas, usadas em espaços abertos, pode ter um cabo mais longo do que o martelo de carpintaria. Outro empecilho existe, porém não tão evidente: quanto mais longo for o cabo menos precisa fica a mira para se acertar o alvo. Cabos maiores também cansam mais rapidamente, no uso sucessivo.
A maioria dos desenhos de cabos procura equilibrar precisão do golpe com aproveitamento máximo de energia. Em cabos muito longos: o martelo fica menos eficiente, pois a força nem sempre concentra-se no ponto correto do alvo. Cabos muito curtos: a ineficiência decorre de não ser possível aplicar-se maior força, exigindo mais golpes para se completar a tarefa.
3.7 - Principais tipos de Martelo
• Camartelo - é o martelo usado em canteiros de obras ou por pedreiros para desbastar pedras e tijolos, cujo formato de cabeça compõe-se de um lado agudo ou em gume com o outro rombudo (redondo ou quadrado).
• Escoda - martelo dentado usado em cantaria. • Estampa - martelo próprio de ferreiro.
• Maço - Martelo de madeira usado por carpinteiros, escultores, calceteiros. A madeira absorve parte do impacto, permitindo uma maior precisão nos ferimentos.
• Malho - Martelo grande, sem unha nem orelha, em geral cilíndrico, de ferro ou madeira.
• Marra ou Marrão - grande martelo de ferro, usado para quebrar pedras. • Marreta - grande e pesado martelo;
• Martelo de carpinteiro;
• Martelo de cozinha - instrumento usado para amaciar carne.
• Martelo de geologia - instrumento usado para a colheita de minerais.
• Martinete - Martelo grande e pesado, movido por água ou vapor, e utilizado para distender barras de ferro e malhar a frio o ferro ou o aço.
• Mascoto - martelo grande, usado no fabrico de moedas.
• Picadeira - pequeno martelo, que tem o gume em ambos os lados da cabeça. • Solinhadeira - martelo usado em mineração;
3.8 - Ferramentas Análogas ou Derivadas
• Machado - seu nome significa " pequeno martelo"; alguns formatos desse instrumento contêm, até, uma lâmina de corte num dos lados, e ponta rombuda de martelo, na outra, sugerindo um formato híbrido;
• Picareta - usada para furar ou cortar pedras ou solo compactado;
• Bate-estaca - na construção, é a ferramenta usada para cravar estacas ou pilastras no solo; neste caso o martelo bate sobre a cúfia, anteparo usado para a proteção da estaca. • Maça - arma baseada na capacidade letal do martelo, e com o mesmo uso deste em sua
forma bélica, na Idade Média.
• Martelo (arma) - era uma das armas da cavalaria medieval.
3.9 - Usos Diversos
• Comunicação primitiva - Pesado martelo de madeira é usado pelos índios miranhas, para percurtir o cambariçu - primitivo instrumento de percussão, usado para a comunicação à distância.
• Na música o martelo pode ser usado como prolongamento da mão, fazendo percutir os instrumentos, como a timbila, em Moçambique, ou os tímpanos, nas campainhas. • Escultura - o martelo é usado tanto diretamente sobre o material (como os metais),
como para permitir os cortes do cinzel.
• Encadernação - O martelo próprio era usado em diversas atividades, tais como para dar a conformação encurvada nas capas dos livros.
• Esporte olímpico - a prova de lançamento de martelo é uma das provas olímpicas, recentemente também adotado na modalidade feminina.
• Os sinos podem ser percutidos internamente por badalos, mas é usual a percussão externa, feita com o martelo.
• Na Medicinao martelo é usado para testes de reflexos.
• No Direito e nos leilões o martelo, todo em madeira, representa o sinal de alerta, respeito, ordem para silêncio ou, neste último, fechamento do negócio, quando percutido sobre uma base ou a própria mesa.
• Em borracharias, bem como para a verificação da pressão dos pneumáticos dos caminhões, um modelo de martelo emborrachado é utilizado.
3.10 - Cultura e Mitologia
O martelo é presente em todas as culturas, assumindo por vezes, nos povos mais antigos e dedicados à metalurgia, importante símbolo do domínio sobre o metal. O deus nórdico Thor era caracterizado pelos raios e seu martelo, chamado Mjolnir ; figura parecida
tinham os celtas, no deus Sucellus.
Em os tempos modernos, o martelo tornou-se o símbolo do operariado urbano (em contraponto à foice, que representa o camponês), sendo usado como sinalagma do Comunismo e, em face disso, adotado em bandeiras de vários países, como a da extinta União Soviética.
3.11 - Peças ou Componentes
• Em diversos instrumentos de corda o martelo é o nome de peças que tocam-nas, substituindo os dedos na percussão destas; isso ocorre no piano (onde o escapo o faz
retornar ao local de repouso, após o toque), no cravo (quando recebe o nome de
martinete), etc. Também na celesta existem pequenos martelos a percurtir as lâminas.
• Na tipografia, o martelo justificador (também chamado de bloco ou talão de
justificação) é o nome usado para a peça usado para manter forçados para cima os
4 – MATERIAL DA PEÇA: ALUMÍNIO
4.1 - Breve História
A história do alumínio está entre as mais recentes no âmbito das descobertas minerais. Uma das razões é o fato de não se encontrar alumínio em estado nativo, e sim a partir de processos químicos.
A bauxita, minério que deu origem à obtenção de alumínio, foi identificada pela primeira vez em 1821, na localidade de Les Baux, ao Sul da França, por Berthier. Naquela época, o alumínio ainda não era conhecido, pois só foi isolado em 1825 pelo químico Oersted. A primeira obtenção industrial do alumínio por via química foi realizada por Sainte-Claire Deville, em 06/02/1854.
O processo químico inicial utilizado por Deville - usando cloreto duplo de alumínio e sódio fundido, reduzindo-o com sódio - foi substituído com sucesso pelo processo eletrolítico por meio de corrente elétrica, descoberto por Paul Louis Toussaint Heroult (Normandia-França) e Charles Martin Hall (Ohio-Estados Unidos). Heroult e Hall, sem se conhecerem, inventaram ao mesmo tempo o procedimento de que marcou o início da produção do alumínio.
Antes do advento da indústria do alumínio, a bauxita usada no século passado era originária do Sul da França, do Norte da Irlanda e dos Estados Unidos, chegando a atingir 70 mil toneladas em 1900, dos quais apenas 40% eram destinados à produção do metal não-ferroso alumínio.
As primeiras referências sobre a bauxita no Brasil estão nos Anais de 1928, da Escola de Minas de Ouro Preto. Já a primeira utilização desse minério para a produção de alumina e alumínio no País, em escala industrial, foi feita pela Elquisa, - hoje Alcan - em 1944, durante a 2ª Grande Guerra Mundial, que mais tarde participaria da consolidação da indústria no Brasil.
4.2 - O Início da Produção de Alumínio
O primeiro milhão de toneladas de produção anual de bauxita foi atingido em 1917, quase no fim da Primeira Guerra, quando a mineração havia se expandido para a Áustria, Hungria, Alemanha e Guiana Britânica, na América do Sul.
Na época da Segunda Guerra, por volta de 1943, os maiores produtores de bauxita eram os Estados Unidos, a Guiana Britânica, Hungria, Iugoslávia, Itália, Grécia, Rússia, Suriname, Guiana, Indonésia e Malásia.
Em 1952, a Jamaica iniciou intensa mineração de bauxita, ultrapassando o Suriname, por anos o maior produtor. Na década de 60, Austrália e Guiné juntaram-se a esse time.
4.3 - A Consolidação da Indústria no Brasil
No Brasil, duas iniciativas concorreram para implantar a produção de alumínio: a da Elquisa - Eletro Química Brasileira S/A, de Ouro Preto (MG) e a da CBA - Companhia Brasileira Alumínio, de Mairinque (SP).
A Elquisa teve dificuldades de comercialização devido ao excesso de produção mundial de alumínio e somente em 1938, com o apoio do governo Vargas, começou em definitivo a produção do metal em Ouro Preto. A Elquisa foi adquiridapela Aluminium Limited do Canadá - Alcan, em Junho/1950.
A Alcan Alumínio do Brasil Ltda tornou-se assim a primeira empresa multinacional a participar do mercado brasileiro, produzindo não só o alumínio primário, como produtos transformados de alumínio.
A Companhia Brasileira de Alumínio - CBA, fundada em 1941, contava com as reservas de bauxita de Poços de Caldas, mas sua unidade industrial para a produção de alumínio primário acabou sendo localizada na área de Rodovelho, próxima de Sorocaba, onde a disponibilidade de energia elétrica e o combustível (lenha) eram mais abundantes. A empresa paulista foi uma das pioneiras que permaneceu até hoje.
4.4 - Outras Empresas que Participaram do Crescimento do Setor
A Alcoa - Aluminium Company of America, empresa líder americana e mundial do setor, estabeleceu representação no Brasil em 1915 e iniciou operações comerciais somente em 1940. A Alcoa voltou a se interessar pelo mercado brasileiro no início da década de 60,quando adquiriu a Companhia Geral de Minas, detentora de jazidas de bauxita em Poços de Caldas (MG).
A instalação da primeira "redução" da Alcoa, em Minas Gerais, destinava-se a produzir alumínio para o mercado interno, no período entre 1967 e 1970, o que coincidiu com a descoberta das grandes reservas comerciais de bauxita da Amazônia, feita pela Alcan em 1967.
A quarta empresa produtora de alumínio primário no Brasil foi a Valesul Alumínio S.A, que passou a operar em janeiro de 1982, por iniciativa da CVRD - Cia Vale do Rio Doce, empresa estatal de mineração de ferro e da Billiton Metais S.A., então subsidiária do Grupo Shell. A presença da Valesul permitiu substituir as importações brasileiras de alumínio que experimentavam crescimento acentuado àquela época.
Em 81, a Billiton Metais S.A., se engajou no projeto da Alcoa (já com o nome de Alcoa Alumínio S.A.), destinado à produção de alumina e exportação de alumínio primário em grande escala, transformando-o no Consórcio de Alumínio do Maranhão - Alumar, que iniciou suas operações em 1984.
Enquanto isso a Aluvale - Vale do Rio Doce Alumínio dava andamento aos estudos de viabilidade do projeto Albras (consórcio entre NAAC - Nippon Amazon Aluminium Co Ltd. e CVRD - Companhia Vale do Rio Doce), no qual estava previsto inclusive a construção de Tucuruí. O início de operação da Albras deu-se em 1985.
Essas são as empresas que hoje compõem o cenário brasileiro da indústria do alumínio, quer seja na extração da bauxita, no seu beneficiamento e produção de alumina e alumínio primário. Para maiores detalhes sobre a evolução histórica do setor, consulte a biblioteca da ABAL.
4.5 - Aplicações do Alumínio
Transformado em diversos produtos semimanufaturados, o alumínio encontra aplicações variadas na indústria. Cada segmento utiliza o metal na forma mais adequada às suas finalidades, de acordo com os diferenciais e propriedades de cada produto.
Perfis extrudados: Transformam-se em esquadrias (portas e janelas), forros, divisórias,
acessórios para banheiros, estruturas pré-fabricadas, e elementos decorativos de acabamento. Cerca de 60% dos extrudados de alumínio são destinados à fabricação de produtos para construção civil.
Chapas e laminados: Transformam-se em latas de alumínio, pisos e carrocerias para
ônibus e caminhões, telhas, fachadas etc (Laminação Pura), em utensílios domésticos (Laminação Artefatos) e em tubos e bisnagas para pasta de dente, aerosóis etc (Laminação Impactados).
Folhas: Produzidas em variadas espessuras, são utilizadas nos mais diversos tipos de
embalagens rígidas, flexíveis, descartáveis etc.
Fios e Cabos: Condutores São utilizados em linhas de transmissão de energia, cabos
isolados ou nus, para uso em redes de alta tensão, linhas de transmissão secundária, e aplicações residenciais ou comerciais.
Fundidos e Forjados: Encontram variadas aplicações na indústria de transportes. 60%
do consumo de alumínio nessa indústria corresponde a componentes fundidos, tais como caixas de câmbio, carcaça de motores e rodas para automóveis, entre outros.
Pastas e pó: Encontram aplicações variadas que vão de usos destrutivos como
desoxidantes na indústria siderúrgica e explosivos para mineração, ao tratamento da água das piscinas (sulfato de alumínio), medicamentos antiácidos (hidróxidos e cloridróxidos de alumínio) tintas, produtos químicos e farmacêuticos.
Aluminas especiais: Transformam-se em refratários, revestimentos cerâmicos,
abrasivos, vidros, porcelanas, massas de polimento, isoladores elétricos, pastilhas de freio, tintas e corantes, entre outros produtos.
4.6 - Atributos do Alumínio
Os Atributos do Alumínio: Material leve, durável e bonito, o alumínio é um dos metais mais versáteis em termos de aplicação, o que garante sua presença em uma grande diversidade de indústrias e segmentos.
Produtos que utilizam o alumínio ganham também competitividade, em função dos inúmeros atributos que este metal incorpora, como você pode conferir a seguir:
Tabela 01 – Atributos do Alumínio. Atributos Exemplos do que isto proporciona…
Leveza
Nos transportes representa menor consumo de combustível e menor desgaste, mais eficiência e capacidade de carga.
Nas embalagens dá praticidade e portabilidade, por seu peso reduzido em relação a outros materiais.
Condutibilidade
Associada à leveza, a condutividade elétrica é um atributo fundamental para a aplicação do alumínio na transmissão de energia em fios e cabos.
Nas embalagens, nenhum outro material é tão bom condutor térmico quanto o alumínio.
Impermeabilidade e opacidade
Especialmente importante no uso de embalagens pois com estas características o alumínio evita a deterioração dos produtos, não permitindo a passagem de umidade, oxigênio e luz.
Alta relação resistência/peso
Nos transportes, confere desempenho excepcional a qualquer parte de equipamento de transporte que consuma energia para se movimentar.
Aos utensílios confere durabilidade e manuseio seguro, com facilidade de conservação.
Beleza
Aparência agradável e moderna em qualquer aplicação, por ser um material nobre, limpo, que não se deteriora com o passar do tempo, mantendo sempre o aspecto original e permitindo soluções criativas de design.
corrosão como portas, janelas, forros, telhas e revestimentos usados na construção civil, bem como em equipamentos, partes e
estruturas de veículos de qualquer porte.
Nas embalagens é fator decisivo quanto à higienização e barreira à contaminação.
Moldabilidade e soldabilidade
Facilidade de conformação, devido à alta maleabilidade e ductilidade, possibilitando formas adequadas aos mais variados projetos.
Resistência e dureza
A robustez do alumínio se traduz em qualidades estruturais, com excelente comportamento mecânico, aprovado em aplicações como aviões e trens.
Possibilidade de muitos
acabamentos
Anodização e pintura, assumindo a aparência adequada para aplicações em construção civil, pro exemplo, com acabamentos que reforçam ainda mais a resistência natural do material à corrosão.
Reciclabilidade
Depois de muitos anos de vida útil, segura e eficiente, o alumínio pode ser reciclado, com recuperação de parte significativa do investimento e poupança de energia, como já acontece largamente no caso da lata de alumínio. Além disso, o meio ambiente é beneficiado pela redução de resíduos e economia de matérias primas propiciadas pela reciclagem.
4.7 - Principais Mercados
Desde que foi obtido em escala industrial, o alumínio vem ocupando novos mercados. Confira quais são atualmente os principais setores que consomem alumínio, quais os produtos derivados, as tendências e aplicações mais promissoras.
• Bens de consumo • Transporte
• Construção Civil • Embalagens
• Indústria Elétrica • Outros setores
Bens de Consumo: Uma das primeiras aplicações industriais desse metal ocorreu nos
artefatos domésticos - as panelas de alumínio - que, apesar da concorrência de outros materiais, mantém-se na liderança mercado, por terem conquistado a confiança dos consumidores e acompanhado as exigências da vida moderna.
No mercado de bens de consumo, cadeiras e mesas de praia e jardim, bicicletas, escadas, objetos de decoração e muitos outros elementos ligados ao cotidiano, utilizam o alumínio. Mas os utensílios domésticos continuam a representar 55% do volume de vendas deste setor, que atende a diversos segmentos: hotéis e restaurantes (linhas para uso comercial), linhas populares e linhas mais sofisticadas.
Transportes: Outro segmento em que a aplicação do alumínio tem evoluído
rapidamente em todo o mundo é o de equipamentos para transportes, devido aos benefícios que oferece aos fabricantes na concepção de seus projetos e na fabricação de seus produtos, traduzidas em vantagens para os consumidores. Destacam-se neste mercado os furgões, as carrocerias abertas, os tanques rodoviários, os vagões ferroviários e as carrocerias de ônibus.
A utilização do alumínio em transportes vem se acelerando no Brasil devido ao melhor controle de peso nas rodovias, a partir da privatização, e das preocupações que começam a existir na sociedade a respeito da emissão de poluentes pelos veículos.
A tendência de uso do alumínio é cada vez mais forte no setor automotivo mundial: dos atuais 110 quilos por automóvel nos Estados Unidos, prevê-se que, em 2005, os carros de passeio médios possam absorver 180 quilos de alumínio, com a substituição de peças e componentes feitos hoje com materiais mais pesados.
Construção Civil: No mercado da construção civil, o alumínio está presente em
revestimentos internos e externos, caixilharia, telhas, divisórias, forros e em muitos detalhes de concepções arquitetônicas modernas.
A caixilharia é um dos segmentos mais tradicionais o alumínio, sendo encontrado hoje com variada disponibilidade de cores e acabamentos. As mesmas qualidades que consagraram o alumínio nas esquadrias estão influenciando também a decisão dos profissionais da
construção civil na definição dos revestimentos para fachadas e interiores de prédios industriais, residenciais, comerciais, shoppings centers e aeroportos.
Outra aplicação consagrada na construção civil são as telhas de alumínio, empregadas em coberturas e revestimentos de prédios não-residenciais, por sua leveza (seu peso específico equivale a 1/3 do aço), resistência e durabilidade. Também há um significativo consumo de alumínio em estruturas para grandes vãos ou montagem temporária de obras e instalações. Em todos os segmentos, o alumínio possui um diferencial, como material acessível, capaz de atender todas as necessidades da construção civil.
Embalagens: Embalagens de alumínio, fabricadas a partir de folhas e laminados, são
empregadas para os mais variados tipos de consumo, com o objetivo de atender os mercados de produtos farmacêuticos, de higiene e limpeza, produtos alimentícios e bebidas.
Os recursos de impressão e acabamento tornam as embalagens de alumínio uma solução largamente adotada em muitos segmentos industriais. Por meio de combinações com outros materiais, como filmes, resinas e adesivos, o alumínio é transformado em envoltórios para chocolates; estruturas laminadas para leite longa vida, sopas, sucos e condimentos; em tampas para iogurtes; embalagens para café a vácuo; tampas para latas de leite e achocolatados em pó; tubos laminados para produtos de higiene pessoal; e em blisters, strips e sachês para medicamentos, dentre muitas opções existentes. Além disso, o uso do alumínio é consagrado também em formas descartáveis para os segmentos industrial, institucional e doméstico, e em rolos para diversos fins.
Outro grande sucesso de mercado é a lata de alumínio para bebidas, que reúne simplicidade e praticidade, entre inúmeras vantagens: da reciclabilidade à economia de energia e de espaço no transporte e armazenagem, até a redução de perdas, em relação a outros materiais. A lata de alumínio chegou ao Brasil em 1989 e, em pouco tempo, tomou conta do mercado, estimando-se que hoje 95% das bebidas vendidas em lata no nosso País utilizem esta embalagem.
Indústria elétrica: O mercado de energia elétrica consome alumínio em larga escala
por suas características de condutibilidade e leveza, que atendem às necessidades das redes de transmissão, com uma das menores taxas de desperdício ao longo de sua extensão.
Na forma de vergalhões e arames, o alumínio é submetido ao processo de extrusão e/ou revestimento, resultando em fios e cabos de diversas bitolas para diferentes utilizações. Com estes produtos diversos segmentos são atendidos: linhas de transmissão de grande porte e subtransmissão, cabos condutores para distribuição aérea ou subterrânea e instalações elétricas prediais e industriais.
Com soluções adequadas a cada aplicação, o alumínio é tradicionalmente utilizado nos sistemas de transmissão que levam energia a longas distâncias e na distribuição nos centros urbanos, setores nos quais o País demanda grandes investimentos. Mas conta com outros importantes mercados na zona rural, onde os cabos de alumínio fazem a ligação entre subestações e centros de carga para suprir as necessidades do agribusiness, e nas cidades, onde as normas técnicas brasileiras já especificam o seu uso em prédios e edifícios comerciais e industriais.
Outros setores: Por reunir um conjunto diversificado de propriedades, o alumínio revelou-se útil em diversos setores e sua utilização continua a se expandir, com o desenvolvimento de pesquisas e tecnologias orientadas para as necessidades do futuro.
A alumina, que dá origem ao alumínio primário, também se transforma em aluminas especiais (calcinadas, hidratadas, tabulares e eletrofundidas), destinadas, especialmente, às indústrias de transformação, química em geral, papeleira, metalúrgica e petroquímica, para produção de refratários, revestimentos cerâmicos, abrasivos, vidros, porcelanas, massas de polimento, tintas, retardantes de chama, isoladores elétricos, pastilhas de freio, corantes etc.
Pastas e pós alumínio, obtidos da moagem ou da atomização do metal líquido, servem de matéria-prima para indústrias do setor químico, entre outros, como ferro-ligas, mineração, explosivos, refratários e pigmentos, com uma infinidade de aplicações: de combustível sólido para foguetes a resinas epoxy e pinturas metálicas.
Outros processos bem conhecidos, como fundição e forja, também geram produtos de alumínio de valor para diversos setores industriais, tais como componentes para automóveis, máquinas e equipamentos.
4.8 - Reciclagem do Alumínio
Qualquer produto feito em alumínio pode ser reciclado infinitas vezes, sem perder suas qualidades no processo de reaproveitamento, ao contrário de outros materiais. Isto confere ao alumínio uma combinação única de vantagens, em que se destacam a proteção ambiental, a economia de energia e o papel multiplicador na cadeia econômica, por meio da renda gerada pela coleta de sucata.
Tanto as sobras do processo de fabricação de chapas, perfis e laminados de alumínio, como a sucata gerada por produtos com vida útil esgotada podem ser recicladas por meio de refusão.
A reciclagem de produtos com vida útil esgotada depende do tempo que vai do seu nascimento, consumo e descarte. A isto se chama ciclo de vida de um produto, que pode ser de 45 dias, como é o caso da lata de alumínio, até 40 anos, como acontece aos cabos de alumínio para o setor elétrico. Quanto menor for o ciclo de vida de um produto de alumínio, mas rápido é o seu retorno à reciclagem, razão pela qual os índices de reciclagem no Brasil apontam para volumes cada vez maiores, desde que a lata de alumínio chegou ao nosso mercado.
Uma combinação única de vantagens econômicas, sociais e ambientais As empresas de alumínio representadas na ABAL desenvolvem um trabalho conjunto com recicladores na divulgação sistemática dos benefícios da reciclagem de alumínio. Confira este benefícios:
Econômicos e sociais
• Assegura renda em áreas carentes, constituindo fonte permanente de ocupação e remuneração para mão-de-obra não qualificada.
• Injeta recursos nas economias locais, através da criação de empregos, recolhimento de impostos e desenvolvimento do mercado.
• Estimula outros negócios, por gerar novas atividades produtivas (máquinas e equipamentos especiais).
• Favorece o desenvolvimento da consciência ambiental, promovendo um comportamento responsável em relação ao meio ambiente, por parte das empresas e dos cidadãos.
• Incentiva a reciclagem de outros materiais, multiplicando ações em virtude do interesse que desperta por seu maior valor agregado.
• Reduz o volume de lixo gerado, contribuindo para a solução da questão do tratamento de resíduos gerados pelo consumo.
• Economiza energia, otimizando o uso dos recursos ambientais > reciclar economiza até 95% da energia utilizada para produzir alumínio a partir da bauxita
> cada tonelada reciclada poupa a extração de 5 t deste minério, matéria-prima do alumínio
4.9 - Principais Ligas
Os sistemas usados para designar as composições químicas das ligas para fundição não estão padronizados internacionalmente. Os sistemas registrados pela Aluminum Association são os mais usados apresentando o seguinte critério:
1xx.x: Alumínio não ligado;
2xx.x: Ligas de alumínio contendo cobre como elemento de liga maior; 3xx.x: Ligas Al-Si contendo também magnésio e ou cobre;
4xx.x: Ligas binárias Al-Si;
5xx.x: Ligas de alumínio contendo magnésio como elemento de liga maior; 6xx.x: Série livre;
7xx.x: Ligas de alumínio contendo zinco como elemento de liga maior, normalmente também contém adições de cobre, magnésio, cromo, manganês, ou combinações destes elementos;
8xx.x: Ligas de alumínio contendo estanho como elemento de liga maior; 9xx.x: Outros elementos;
4.10 - Efeito dos Elementos de Liga
Chumbo: É usado nas ligas de alumínio para melhorar a usinabilidade.
Estanho: Melhora as características antifricção, requisito extremamente necessário
para o fabrico de chumaceiras. As ligas de alumínio podem conter até 25% Sn. Este elemento pode ainda melhorar a usinabilidade dos fundidos.
Cálcio: É um fraco modificador eutético de ligas alumínio-silício. Ele aumenta a
solubilidade do hidrogênio e é muitas vezes responsável pela porosidade dos fundidos. Para concentrações de cálcio superiores a aproximadamente 0,005 %, a ductilidade das ligas alumínio-magnésio é bastante alterada.
Ferro: Este elemento diminui a tendência para a liga se agarrar em moldes
permanentes. Contudo o aumento do teor de ferro diminui substancialmente a ductilidade. O ferro reage, e forma várias fases insolúveis nas ligas de alumínio, estas fases são as responsáveis pelo endurecimento das ligas.
Magnésio: É o elemento chave para o aumento da dureza e da resistência mecânica
nas ligas tratáveis termicamente de Al-Si. A fase de endurecimento Mg2Si apresenta uma
solubilidade limite correspondente a aproximadamente 0,7% Mg, para além da qual não ocorre nem endurecimento nem amaciamento da matriz. Normalmente são empregues quantidades de Mg entre 0,07 a 0,4% nas ligas de Al-Si.
As ligas binárias de Al-Mg são largamente usadas em aplicações que requerem um
aspecto superficial brilhante e resistência à corrosão, assim como uma boa relação entre resistência mecânica e ductilidade. A composição destas ligas varia entre 4 a 10%, acima de 7% a liga é tratável termicamente.
Manganês: É considerado normalmente uma impureza nas composições do fundido. O
manganês é um elemento de extrema importância em ligas brutas. Na ausência de endurecimento por deformação plástica, o manganês não oferece nenhum efeito benéfico nas ligas de alumínio. Contudo, existem evidencias que, uma grande fração volumétrica de MnAl6
em ligas que contém mais de 0,5 % de Mn pode beneficiar a influência da sanidade interna do fundido.
Cobre: As primeiras e mais usadas ligas de alumínio são as que contêm 4 a 10%
cobre. O cobre melhora substancialmente a resistência mecânica e a dureza nos fundidos de liga de alumínio com e sem tratamento térmico. Ligas com 4 a 6% Cu são facilmente tratáveis termicamente. Em geral, o cobre melhora a resistência à corrosão, mas também diminui a fluidez.
Silício: A adição de silício ao alumínio melhora drasticamente a fluidez, a resistência à
fissuração a quente e as características de alimentação. Estas são as ligas de alumínio mais usadas em fundição. A sua composição estende-se até 25% Si.
Para processos de fundição de arrefecimento lento (ex.:gesso, cera perdida e areia), o teor em Si é de 5 a 7%, para moldes permanentes 7 a 9%, e para fundição injetada 8 a 12%.
Sódio: O sódio modifica o eutético das ligas alumínio-silício. A sua presença fragiliza
as ligas alumínio-silício.
Níquel: É usado com o cobre de modo a melhorar as propriedades a altas temperaturas.
O níquel também reduz o coeficiente de expansão térmica.
Titânio: É extensamente usado para refinamento de grão das ligas de alumínio, por
vezes em combinação com pequenas quantidades de boro. O titânio é muitas vezes empregue em concentrações superiores ao necessário para o refinamento de grão de modo a reduzir a tendência para a fissuração.
Zinco: O zinco por si só em adição às ligas de alumínio não traz grandes benefícios, no
entanto quando acompanhado por adições de cobre e ou magnésio. As ligas podem ser tratadas termicamente ou envelhecidas naturalmente.
4.11 - Defeitos de Fundição
Considera-se como defeituosa uma peça moldada que possua um defeito inadmissível, segundo as normas técnicas. Os principais tipos de defitos das peças moldadas e causas de seu aparecimento, comum para diferentes tipos de fundição, acham-se indicados em seguida:
Os ressaltos se formam na peça moldada ao longo do plano de divisão da moldagem e em lugares de instalação das “caudas” de machos em conseqüência de uma folga excessiva entre as metades da caixa.
A deformação das peças moldadas aparece devido a grossura desigual de suas paredes. È conveniente melhorar a construção das peças e empregar refrigeradores para esfriar os conjuntos maciços da peça moldada.
As salpicaduras são gotas de metal não soldadas com a peça moldada que caem primeiro no molde.
A juntura é um oco em forma de fenda que se forma devido ao fato dos jatos de metal que chegam ao molde de diferentes lados não se soldarem por completo. As causas desse defeito são a fluidez insuficiente do metal ou o fornecimento inadequado do metal e, em particular, a interrupção do jato metálico ao verter o metal no molde.
A fundição incompleta, que conduz a que uma parte do molde não se enche com metal, ocorre devido a fluidez insuficiente do metal e quando os gases acumulados impedem de encher o molde. A fundição incompleta se observa também quando o metal escapa através da fenda que se forma ao longo da divisão do molde, em conseqüência da má colocação das caixas.
Os sopros são borbulhas de ar ou de gases que se desprendem do metal no molde e se retém na peça moldada, formando pequenos poros dispersos em diferentes partes da peça. As causas do aparecimento do sopros na peça são: permeabilidade insuficiente do molde para os gases, má qualidade das misturas de moldagem e dos machos, má ventilação dos machos, umidade dos machos no molde armado e fundição do molde com metal insuficientemente desoxidado. Convém evitar que a peça tenha grandes planos horizontais, sustituindo-os, na medida do possível, por planos inclinados.
Os vazios são cavidades que se formam em conseqüência da alimentação insuficiente da peça moldada nos lugares de acomodação do metal. Também se encontra amiúde nas peças moldadas a friabilidade de contração e a porosidade, o que se manifesta por uma multidão de peuqenos poros.
As cavidades de escórias são intrusões de escórias no corpo da peça moldada que penetram no molde através da colher. As causas desse tipo de defeito são: eliminação insuficiente das escórias do material na colher, fundição incorreta e construção incorreta do sistema de alimentação.
5 – MEMORIAL DE CÁLCULOS
5.1 - Cálculo do Módulo da Peça
Para o cálculo do módulo da peça a mesma foi dividida em duas partes, a saber o cabo e o batedor. PEÇA PEÇA S V Mp =
Através da ferramenta Inspect Physical Properties do Software Solid Edge podemos
verificar o volume e a seção superficial de cada parte da peça desenhada. Assim podemos calcular o módulo da peça.
mm cm cm cm MpCABO 0,385 3,85 69 , 115 63 , 44 2 3 = = = mm cm cm cm Mp BATEDOR 0,784 7,84 92 , 187 34 , 147 2 3 = = =
Escolhe-se então o maior módulo da peça para os cálculos do maçalote.
5.2 - Cálculo do Módulo do Massalote
O próximo passo é o cálculo do módulo do massalote:
Eeça Massalote M
M = Ε ×
Sendo que E é calculado por:
Liga de Fator posição de Fator E = ×
Tabela 02 – Fator de Posição.
Fator de localização do alimentador Tipo do alimentador
1 Quente, ou frio perto dos ataques.
1,1 Frio.
0,9 Quente com isolamento.
0,65 Exotérmico.
Os fatores de ligas para alguns materiais podem ser vistos na Tabela 03. Tabela 03 – Fator de liga.
Factor do tipo de liga Tipo de liga
1,2 Ferros fundidos nodulares, aços não ligados, ligas de cobre.
≤ 1,2 (0,65 ≤ f I ≤ 0,80) Ferros fundidos cinzentos (lamelares).
1,4 Ferro branco, maleável, aços ligados, ligas de alumínio, magnésio e níquel. Tem-se: 4 , 1 4 , 1 1× = = E
O cálculo do módulo do massalote quente para a peça em questão é o seguinte: 39 , 5 85 , 3 4 , 1 × = = M M Massalote: Mm S V = ; H =φ ×1,5 ou seja: 2 H × ×φ π π ×φ 3×1,5
2 4 2 2 1 φ π φ π × = × = S 5 , 1 2 2 =π ×φ × H =π ×φ × S
Com base nestes valores:
9 , 0 2 5 , 1 4 5 , 1 2 2 3 = × + × × × × = φ π φ π φ π S V 4 , 5 5 , 1 5 , 0 4 / 5 , 1 = + × φ mm 8 , 28 375 , 0 2 4 , 5 × = = φ cm 3 ≅ φ
O diâmetro do massalote é φ =3cm e a sua altura é Η =1,5*φ = 4,5cm.
5.3 - Cálculo da Velocidade de Enchimento Dados: g = 9800cm/s² Para o aluminio k = 0,5 h g k v = × 2× × = 0,5× 2×9800×4,5 = 148,45cm/s
5.4 - Estimativa do Tempo de Resfriamento Mp = 0,78
Material: Liga de alumínio, temperatura de fusão = 660 C° Sobreaquecimento = 100 C°
Segundo gráfico em anexo (ANEXO 01), podemos estimar um tempo de resfriamento de aproximadamente três segundos.
5.5 - Cálculo da Seção de Ataque:
Tempo Velocidade Volume S × = massalote peça V V Volume= + ³) 5 , 4 5 , 1 ( 98 , 191 + × × = π Volume ³ 17 , 621 cm Volume = Sendo assim: ² 2 , 4 3 / 45 , 148 ³ 17 , 621 cm s s cm cm S = × = 4 ² φ π × = S 4 2 , 4 ²×π = × φ cm 31 , 2 = φ
Obs.: Na prática foi usado Ø = 2,5cm.
5.6 - Relação de Alimentação: 1 : h : h
Sendo assim:
Seção de Ataque: d =2,31 cm
Seção de Distribuição: d = 2,31 cm Seção de Alimentação: d = 4,9 cm
Figura 02 – Relação de Alimentação.
4 ² d A= π × π 4 9 , 4 ² = × d cm d =2,5 Sabe-se que: He = 4,5cm Hb = 3*D Então: 4 He Hb d D =
4 5 , 4 3 5 , 2 D D = cm D =1,1 Sendo que: Hb = 3 * D Hb = 3,3 cm Então: H = He – Hb = 4,5 - 3,3 = 1,2 cm
Na Figura 03 podemos ver a ilustração do sistema acima dimensionado, desde a caixa de areia, massalote, canal de alimentação e também o modelo.
Figura 03 – Vista Lateral da Caixa de Fundição.
5.7 - Tempo de Vazamento
Existem duas formas de estimar o tempo de vazamento: uma empírica outra com base na estima das perdas de temperatura nos canais. Nesse trabalho utilizamos a forma empírica
Kg ligas K P t
=
1×
>
<
=
mm seções p mm e entre seções p mm seções p K25
/
97
,
2
25
10
/
67
,
2
10
/
06
,
2
1PKg é o peso em Kg da peça mais o peso do massalote.
Kg PFUNDIDO
=
0
,
52
ρ×
=
V P ALIMENTADO R³
79
,
31
4
5
,
1
3 cm V=
π×
φ×
=
g P ALIMENTADO R=
31
,
79
×
2
,
7
=
85
,
84
R ALIMENTADO FUNDIDO CAVIDADE P P P=
+
085
,
0
52
,
0
+
=
CAVIDADE P Kg PCAVIDADE=
0
,
605
Kg ligas K P t=
1×
605
,
0
97
,
2
×
=
ligas t s t=
2
,
31
5.8 - Cálculo do Consumo de Energia Temperatura inicial t = 20ºC; Temperatura fusão t1 = 660ºC;
Temperatura de sobreaquecimento t2 = 760ºC;
Calor específico do estado sólido C1= 0,23 kcal/KgºC;
Calor específico do estado líquido C2= 0,39 kcal/KgºC;
Calor latente de fusão C3= 85 kcal/Kg;
Quantidade de alumínio P = 0,52 Kg;
Obs.: Para compensar as perdas com os canais de alimentação e oxidação faz-se:
3
,
1
×
=
P P3
,
1
52
,
0
×
=
P Kg P=
0
,
68
5.8.1 - Cálculo do Calor de Fusão
(
t t)
P C Q1=
1×
×
1−
(
660
20
)
68
,
0
23
,
0
1=
×
×
−
Q KCal Q1=
100
,
1
5.8.2 - Cálculo do Calor de Sobreaquecimento
(
2 1)
2 2 C P t t Q=
×
×
−
(
760
660
)
68
,
0
39
,
0
1=
×
×
−
Q52
,
26
=
5.8.3 - Cálculo do Calor Latente de Fusão P C Q3
=
3×
68
,
0
3
,
85
1=
×
Q KCal Q1=
58
,
0
5.8.4 - Calor Total 3 2 1 Q Q Q QT=
+
+
0
,
58
52
,
26
1
,
100
+
+
=
T Q KCal Q1=
184
,
62
KCal X KCal KWh62
,
184
864
1
→
→
KWh X=
0
,
21
5.9 - Pressão MetalostáticaÉ o peso necessário que deve ser colocado sobre a caixa para que ela não se levante.
ρ
×
×
=
S H F7
,
2
4
51
,
299
×
×
=
F Kg F=
3
,
23
6 – PROCESSO DE FUNDIÇÃO
6.1 - Conceito de Fundição
Fundição é o processo de se obter objetos na forma final vazando líquido ou metal viscoso em molde preparado, ou em uma forma. Uma peça fundida é um objeto formato deixando-se o material solidificar. Uma fundição é um conjunto de materiais e de equipamento necessário para se produzir uma peça fundida. Praticamente, todo o metal é inicialmente fundido. O lingote, do qual um metal trabalhado é obtido, é inicialmente fundido em uma lingoteira. Um molde é o recipiente que tem a cavidade da forma a ser fundida. Os líquidos podem ser vazados por gravidade, alguns líquidos e todos os materiais viscosos são forçados sob pressão nos moldes.
A fundição é uma das indústrias mais antigas no campo de trabalho dos metais e data de aproximadamente 4.000 anos antes de Cristo. Desde essa época, muitos métodos têm sido empregados para fundir materiais. A fundição em areia e suas ramificações receberão atenção primordial, porque ele é o processo de fundição mais usado. A fundição em areia é mais adequada para ferro e o aço, com altas temperaturas de fusão, mas também predomina para alumínio, latão, bronze e magnésio.
6.2. - Características da Fundição em Areia
As Peças fundidas têm propriedades especificas importantes em engenharia, essas podem ser metalúrgicas, físicas ou econômicas. As peças fundidas são muitas vezes mais baratas do que peças forjadas ou conjuntos obtidos por solda, dependendo da quantidade, do tipo de material, e do tipo de custo dos modelos, quando o comparado com o custo de matrizes para forjamento e com custo de dispositivo e guarnições para solda. Quando é esse o caso, as peças fundidas são a escolha lógica para estruturas em engenharia e para peças.
Algumas das características de interesse especial a serem obtidas de peças fundidas adequadamente projetadas são as seguintes: peças fundidas adequadamente projetadas e adequadamente produzidas não têm propriedades direcionais. Nenhuma estrutura laminada ou
que a resistência a tração por exemplo, é a mesma em todas as direções, e esta característica é especialmente desejável para algumas engrenagens, anéis de pistão, camisas para cilindros de motores, etc. Esta capacidade do metal líquido escoar em seções finas de projeto complicado é uma característica muito desejável. O ferro fundido é único na característica de boas propriedades de amortecimento, as quais são desejáveis na produção de bases para máquinas ferramentas, estruturas de motores, e outras aplicações em que é desejável minimizar a vibração.
6.3 - Características do Molde
Primeiramente para serem produzidas peças com certa qualidade o molde deve estar de acordo, respeitando este mesmo padrão. Devido à importância do molde, os processos de fundição são muitas vezes classificados pelo material e pelo método empregado para se obter o molde. Sendo para as peças fundidas em areia poderemos ter moldes confeccionados de areia verde, moldes de areia estufada, moldes de areia de macho, moldes de barro, moldes em casca, moldes aglomerados com cimento. Os métodos principais de se fazer estes são chamados de: Moldagem em bancada, moldagem à máquina, moldagem a chão e moldagem em poço.
O molde dever ser projetado tomando-se o cuidado de sempre ter o tamanho maior que o da peça real, pois, deve-se considerar que o metal fundido após sua solidificação diminui de tamanho (calculado ou tabelado). No molde devem ser modificados rebaixos, com o objetivo de facilitar a moldagem.
Deve-se considerar no molde a melhor localização do ou (dos) pontos de alimentação do metal fundido, visando uma melhor distribuição do material dentro do molde. O molde para ser de boa qualidade deve ser forte o suficiente para suportar o peso do metal. O molde deve resistir á ação erosiva do metal em escoamento rápido durante o vazamento.
O molde deve gerar uma quantidade mínima de gás quando cheio de metal líquido, pois, estes gases contaminam o metal e podem romper o metal. O molde deve ser construído de modo que quaisquer gases formados possam passar através do corpo do molde propriamente dito, antes de penetrar no metal.
O molde deve ser refratário o suficiente para suportar a alta temperatura do metal e soltar-se com facilidade da peça após o resfriamento.
6.4 - Ferramentas Utilizadas para Confecção de Moldes
Peneira: É usada como o próprio nome define para peneirar a areia sobre a superfície
do modelo quando se inicia confecção de um molde, peças fundidas com detalhes superficiais exigem uma areia fina e para isso um peneira fina.
Soquetes: São utilizados para socar areia em volta do modelo, na caixa, estes podem
ser manuais, para trabalhos individuais, ou pneumáticos para grande produção.
Régua: Pode ser de madeira ou de metal, tem o objetivo de tirar os excessos de areia
de cima da caixa, ou de baixo após o socamento.
Grampos: São usados para manter juntos a tampa e o fundo do molde completo, a fim
de evitar que a tampa flutue ou se eleve quando o metal é introduzido no molde.
Foloes: São utilizados para soprar o material em excesso.
Pinceis de Umedecer : São feitos delinho ou de pelo de camelo, são usados para
colocar pequena quantidade de água sobre o modelo afim de evitar que a areia desmorone, ou para aumentar a resistência desta perto do modelo.
6.5 - Características do Modelo
O modelo nada mais é do que a confecção da representação da peça desejada, este, pode ser feito de diversos materiais, sendo assim, sua finalidade é de ser a base para confeccionar o molde a ser fabricado.
Os Modelos podem ser feitos de diversos materiais, entre os mais usados atualmente destacam-se os seguintes:
• MADEIRA: Suas maiores vantagens são: Custo baixo; facilidade de construção; fácil
manutenção; além de serem leves. Mas, por outro lado, tem pequena durabilidade o que não é vantagem quando trata-se de fabricação de grande volume; baixa resistência a choques; difícil confecção de pequenas seções; e mais a tendência de os grãos de areia incrustarem no modelo.
• GESSO: As suas vantagens estão aliadas ao baixo preço; a facilidade de construção e
a facilidade de conserto. Quando as suas desvantagens temos a necessidade da fabricação de um negativo; fragilidade; não permite até o momento a confecção de pequenas seções; além de ser pesado.
• PLÁSTICO: Neste material temos as seguintes vantagens: preço acessível por
unidade; rápida obtenção. Mas, as desvantagens também existem, e estas são: fragilidade; não permitem seções muito finas; baixa resistência; impossibilidade quase total de conserto.
• FERROS FUNDIDOS E AÇO: Possuem características importantes quanto a suas
vantagens, algumas delas são: Longa duração; excelente resistência; permite variações dimensionais; além de permitirem ser reproduzidas quaisquer seções. Quanto as suas desvantagens pode-se citar: estes materiais oxidam-se com muita facilidade; sua confecção é lenta, demorada e onerosa.
O modelo projetado está mostrado na Figura 04, com a minimização dos cantos vivos e com os devidos ângulos de saída, de acordo com o projeto que será mostrado adiante, deve-se ressaltar que nosso molde foi fabricado de madeira, pelas vantagens apresentadas acima.
6.6 - Características do Metal Fundido
Quando determinado metal líquido é vazado em um molde, a peça começa a se resfriar de fora para dentro, a partir de todas as superfícies limitantes, porque o calor só pode ser transmitido para o exterior através do molde. O metal na superfície esta mais ou menos resfriado, por que no inicio o molde relativamente frio, se o resfriamento é severo a superfície pode ser endurecida apreciavelmente. Sob condições normais uma estrutura compacta, de granulação fina ocorre próxima à superfície, e de grãos grosseiros ocorrem para o centro onde o resfriamento é mais lento. Se uma seção é espessa, metal suficiente pode ser retirado por contração do centro, antes que este se resfrie e assim deixaria um vazio ou cavidade, tal efeito na peça pode ser evitado prevendo-se uma massa suplementar de metal, chamado de maçalote, adjacente a peça.
Mas, por outro lado, têm-se as seções finas que resfriam mais rapidamente do que as seções espessas. A maior vantagem disto é que se beneficia mais do efeito têmpera e costumam ser mais fortes e de granulação mais fina. Por outro lado, se uma seção é fina demais o metal ao escoar através da passagem estreita pode-se solidificar antes que tenha preenchido as paredes completamente. Alguns exemplos de temperaturas / espessuras são apresentados, para o ferro, este pode ser manipulado e fundido apreciavelmente acima de sua temperatura de fusão e é fundido em seções tão finas como 3,17mm. Já para o aço sua temperatura é muito mais alta do que o ferro e pode-se utilizar espessuras de até 4,76mm, o alumínio pode ser fundido com paredes tão finas quanto 3,17mm e 4,76mm.
6.7 - Maçalote
Sua função principal é de servir como um reservatório, além de reduzir o golpe de ariate do metal que entra no molde e ventila o molde, o maçalote deve ser o último a se solidificar. Alguns detalhes de projeto devem ser levados em conta, por exemplo, o volume deve ser grande o suficiente para fornecer todo o material necessário, os canais de alimentação devem ser projetados de maneira a estabelecer um gradiente de temperatura na direção do maçalote, a área de conexão a peça deve ser grande o suficiente para não solidificar cedo de mais. Quanto a sua forma, um maçalote deve ter uma vez e meia seu diâmetro, a fim de produzir a máxima alimentação, com uma quantidade mínima de metal.
6.8 - Canais
Primeiramente o sistema de canais deve introduzir o metal líquido no molde com tão pouca turbulência quanto for possível, deve regular a velocidade de entrada do metal, permitir o enchimento completo da cavidade do molde, promover um gradiente de temperatura dentro da peça, a fim de auxiliar o metal a se solidificar com o mínimo de conflito entre suas seções.
Quanto ao canal de descida este deve ter uma conicidade, com sua extremidade mais larga recebendo o metal, com o objetivo de agir como um reservatório. De um modo geral costuma-se utilizar um canal de descida redondo para diâmetro de até ³/4 de polegada, mas, para canais de descida maiores são utilizados canais retangulares, pois, nestes a menos turbulência, por outro lado os canais de descida circulares oferecem uma superfície mínima exposta exposta ao resfriamento e oferece a menor resistência ao escoamento.
O sistema de canais deve ser colocado como parte do modelo, quando possível. Isto permite que a areia seja socada mais dura e ajuda a evitar a erosão e lavagem a medida que o metal escoa para dentro do molde.
Diversos canais de entrada em vez de ajudarem a distribuir o metal para o molde e encher o molde rapidamente, reduzindo a possibilidade de pontos superaquecidos no molde. Os canais de entrada devem ser colocados em posições tais que eles dirigirão o metal para dentro do molde através de canais de naturais. Se o metal for dirigido contra a superfície do molde ou contra machos, é possível a queima, e a areia solta pode ser levada para a peça. A seção com a qual um canal de entrada entra na cavidade do molde deve ter uma área tão pequena quanto possível, exceto no caso em que os canais entram através de maçalotes laterais.
Existem diferentes tipos de formatos de canais de entrada, canal entre as caixas de moldagem; canal de entrada por cima; canal de entrada pelo fundo.
Canal de entrada entre as caixas de moldagem: É o mais fácil e o mais rápido para ser
feito pelo moldador. A sua principal desvantagem é que o metal cai na cavidade da caixa de baixo e pode causar erosão ou causar lavagem do molde, por exemplo, no caso de materiais não ferrosos, esta queda agrava a formação de drosses e oclue ar no metal, tornando o produto de qualidade inferior.
Canais de entrada por cima: São usadas para peças de ferro fundido, de projeto
simples, mas não para peças de ligas não ferrosas, uma vez que estas têm tendência para formar drosse excessiva quando agitadas. Uma vantagem destes canais é que conduzem a um gradiente de temperatura favorável, mas a grande desvantagem é a erosão do molde.
Canais de entrada pelo fundo: Sua grande vantagem perante os demais é permitir um
escoamento suave com um mínimo de erosão do molde e do macho. Mas, sua principal desvantagem é que este cria um gradiente desfavorável de temperatura, pois o metal é introduzido pelo fundo da cavidade do molde e se eleva suavemente e uniforme, ele se resfria à medida que ele se eleva, e o resultado é um metal frio e molde frio próximo ao maçalote e de metal quente e molde quente próximo ao canal de entrada, o maçalote deve conter o metal mais quente na parte mais quente do molde, de modo que ele possa alimentar metal no molde, até que toda a peça tenha se solidificado.
Figura 05 – Caixa com Modelo, Canais e Massalote.
6.9 - Resfriadores
Os resfriadores são formas metálicas inseridas nos moldes com o objetivo de acelerar a solidificação do metal. Um resfriador interno torna-se, parte da peça e deve ser feito do mesmo metal que ela, um resfriador externo deve ter suficiente contato com a peça e ser grande o suficiente para não fundir com ela, o formato, o tamanho e o emprego dos resfriadores deve ser projetado, com a finalidade de se evitar problemas posteriores como, resfriamentos rápidos, trincas e defeitos na peça.
6.10 - Ventilações
São pequenos furos feitos na areia logo após a retirada do modelo, com um arame de diâmetro pequeno ou com uma haste. A principal função da ventilação é permitir o escape de gases da cavidade do molde, a fim de evitar que estes fiquem no metal ou que produzam contrapressão, que se oponha a entrada do metal. As ventilações devem ser feitas em todos os pontos altos do molde e devem ser abertas até em cima, muitas ventilações pequenas são mais aconselhadas do que poucas ventilações grandes.
7 - AREIAS DE FUNDIÇÃO
7.1 – Conceitos de Areia
É um material heterogêneo constituído essencialmente de um elemento granular e refratário, dito areia base (geralmente silicosa), de um elemento aglomerante (argila, óleos, resinas, etc), de aditivos (pó de madeira, pó de carvão, óxido de ferro, etc) e água que previamente misturados em porcentagens pré-determinadas adquirem propriedades desejadas para uso em fundição na confecção de moldes. O principal componente da areia de moldagem ou de macharia utilizada nas fundições é um agregado fino, mineralogicamente puro, denominado “areia-base” com granulometria que varia de 0,05 mm a 2 mm em seu diâmetro, sendo os tipos mais usados na indústria de fundição a areia de sílica (SiO ), de olivina ((MgFe)2SiO ), de zirconita (ZrSiO ) e de cromita (FeCr O ou FeCr O ).
As areias de fundição classificam-se quanto à origem da areia base, as mais utilizadas serão descritas a seguir:
Areia Base Natural: Estas são originarias da decomposição de rochas a base de silicato
pela ação do intemperismo, formando desta maneira, os mais diversos tipos de texturas petrográficas (grãos de quartzo monocristalino, grãos de quartzo aglutinado e grãos de feldspato.
Areia Base Artificial: São aquelas resultantes da moagem de rochas silicatadas de
magnésio e ferro (olivinas), argila queimada e moída (chamote), apresentando grãos com pontas, arestas e fendas, tendo sua grande aplicação em moldagem de peças de médio e grande porte que são vazadas em aço.
Outra maneira de classificar a areia é quanto à origem da mistura preparada, a seguir é mostrado alguns formatos:
Areia Sintética: que são obtidas pela mistura correta da areia-base e aglomerantes em
Areias Naturais: que são originadas de arenitos de cimento argiloso ou de alteração de
rochas feldspáticas (saibros), que são usados diretamente na moldagem, sofrendo apenas uma correção na umidade.
Areias Semi-sintéticas: que são resultantes das modificações introduzidas nas areias
naturais, por meio de adição de substâncias que visam corrigí-las, melhorando suas qualidades.
Por outro ainda existe a classificação quanto ao uso da Mistura, estes são:
Areia nova: quando utilizada pela primeira vez na fundição. Areia usada: quando recuperada de fundições anteriores.
Também existe a classificação quanto a parede do molde onde é utilizada, estas são:
Areia de Faceamento: Geralmente é uma areia nova que proporciona a peça um
melhor acabamento superficial, utiliza-se uma fina camada sobre a peça.
Areia de enchimento: É a parte da areia que constitui o restante da caixa de moldagem. Areia de macho: É aquela destinada ao preparo dos machos, conformadores das
cavidades internas das peças.
Outro formato de distinguir os diferentes tipos de areias é quanto ao seu estado de umidade, os diferentes estados de umidade estão mostrados abaixo:
Areia Verde: É a que mantém no momento do vazamento, aproximadamente a mesma
umidade do preparo;
Areia estufada: É aquela preparada com composição adequada para macho e moldes e
que sofrem cozimento em estufa antes do vazamento.
Areia seca ao ar: Usada em machos ou moldes que antes do vazamento sofrem uma
Areia seca a chama: Usadas em moldes secos a chama ou ao ar aquecidos
superficialmente. A partir da superfície para o interior do molde, teor de umidade aumenta, atingindo o valor original da areia verde a determinada distância.
Após a apresentação dos diferentes tipos de classificação, vamos comentar as características que a areia de moldagem deve possuir.
Compactabilidade: É o percentual de redução sofrida pela massa solta de areia após a
compactação. É sensível a relação água/argila.
Moldabilidade: É o conjunto de propriedades e características intrínsecas das areias de
moldagem. Uma boa moldabilidade depende o equilíbrio das propriedades de consistência, plasticidade e escoabilidade.
Teor de umidade: Determinar a quantidade de água em % presente em misturas de
areia de moldagem. Com base nos valores obtidos pode-se fazer uma avaliação nas propriedades tecnológicas, pois a umidade exerce grande influência sobre as mesmas.
Refratariedade: Propriedade que a areia base deve ter de não amolecer a temperaturas
que prevalecem junto à interface metal/molde, é determinado pelo ponto de sinterização.
Dureza: Capacidade em que a areia de fundição deve ter de resistir à pressão do metal,
durante o impacto e atrito causado pelo jato líquido, e durante a fase de solidificação.
Resistência a Tração: Valor da carga especifica de ruptura da areia de fundição
submetida a um esforço progressivo de tração.
Permeabilidade: Capacidade que deve ter a mistura de permitir o escape rápido dos
gases e vapores. Está varia de acordo com a característica granulométrica da areia base, composição da mistura e pelo grau de compactação do molde, o valor da permeabilidade de ser tal que permita um escape rápido dos gases e não ocorra penetração do metal.
