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Fundição por gravidade

 

 

O processo de fundição por gravidade consiste em preencher e solidificar as peças metálicas apenas com a utilização da força da gravidade sem a utilização de força externa como é aplicado nos processos de fundição sob pressão e baixa pressão. Por apresentar boas propriedades mecânicas na condição bruta ou após tratamento térmico, e permitir utilização de machos de areia, produtos automotivos como: cabeçotes de motor, coletores, bombas hidráulicas, carcaças e demais componentes, são largamente produzidos através deste processo.

Exemplo de produtos fundidos no processo de gravidade
Além das ligas de alumínio, também podem ser utilizadas neste processo ligas de zinco, bronze, latão.

O processo de fundição por gravidade é considerado um dos processos de fundição mais simples, assim como o conceito de projeto dos moldes, que também é conhecido como coquilha. O molde normalmente é metálico e fabricado em aços para trabalho a quente ou ferro fundido, porém pode ser cerâmico, sendo que neste são moldados os canais de alimentação e massalotes responsáveis pelo preenchimento e alimentação das peças fundidas. A coquilha ainda possui mecanismos de abertura e fechamento dos machos metálicos.

Desenho esquemático do processo de fundição por gravidade
Imagem adaptada, fonte: www.azoom.com

Existem basicamente dois tipos de fundição por gravidade o processo estático, e o basculante. O processo estático é o mais simples e mais comum, onde o metal é vazado diretamente no canal de alimentação do molde pelo operador ou dispositivo automatizado.

Exemplo de vazamento manual no processo estático
fonte:www.gastroguss.de/com/gastrocasting/index.html

Já o processo basculante é mais complexo, pois necessita de uma coquilhadeira especial com cilindros hidráulicos para realização do basculamento, porém minimiza uma grande variável no preenchimento que é o homem. Inicialmente o metal é despejado em uma calha de vazamento e em seguida a coquilhadeira inicia a inclinação preenchendo a cavidade do molde. Outra ótima vantagem deste processo é o direcionamento da solidificação, pois o metal mais quente fica na região superior do ferramental na região dos massalotes ao fim do preenchimento. Em muitos casos este processo permite o vazamento do metal diretamente pelo massalote, não havendo a necessidade de canais de alimetação, tornando melhor o rendimento metalúrgico dos fundidos.

Desenho esquemático do processo basculante
fonte: www.flow3D.com

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Outra característica típica deste processo é a aplicação de tintas diversificadas nas superfícies de contato com metal para evitar aderência de metal no molde, minimizar a perda de temperatura durante o preenchimento e direcionar a solidificação.

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Como todo processo de fundição, o de gravidade possui vantagens e desvantagens, onde podemos observar abaixo as limitações e os benefícios da utilização deste processo na produção de componentes diversos:

Vantagens

  • Ótimo rendimento metalúrgico
  • Preenchimento é pouco turbulento, minimiza aspiração de ar e oxidação
  • Permite realização de tratamento térmico e até soldagem nas peças fundidas
  • Operações gerais de acabamento são minimizadas
  • Permite utilização de machos de areia

Desvantagens

  • Elevado custo dos ferramentais
  • Limitação em relação à geometria de peças (espessuras de parede muito finas)
  • Acabamento superficial prejudicado pela utilização de tintas nos molde


 

De fato os processos de fundição de alumínio em baixa pressão ou coquilha não são extremamente diferentes dos demais processos, onde o sucesso na produção de fundidos depende de uma série de fatores que atuam em conjunto, e as etapas individuais como: fusão, fluxagem, desgaseificação, limpeza, e mesmo a pintura e preparação da ferramenta, não devem compensar deficiências presentes nas demais etapas do processo.  Além disso, outros fatores como geometria do produto, projeto do ferramental, tipo de macho de areia, resfriadores ou outros métodos de controle da solidificação são de fundamental importância e contribuem para o bom desempenho do processo de fundição.

A pintura e preparação da ferramenta é uma etapa operacional dos processos de coquilha e baixa pressão e não pode ser utilizada para minimizar grandes deficiências encontradas na fundição, entretanto, uma preparação adequada pode maximizar a qualidade dos fundidos quando as demais variáveis estão sob controle.  

Antes de entrar em detalhes sobre a aplicação das tintas na preparação das ferramentas, devem-se deixar claros os reais motivos para utilização das tintas nos processos de coquilha e baixa pressão:

- As tintas proporcionam uma barreira entre o molde e o metal, prevenindo ou retardando o desgaste do mesmo e a aderência de metal na superfície;

- Elas promovem alterações na taxa de resfriamento do molde permitindo o direcionamento da solidificação;

- As tintas separam o fundido do molde facilitando a desmoldagem das peças do ferramental;

- Elas minimizam o aprisionamento de ar por retardar a solidificação e permitir a fuga dos gases do metal ainda líquido;

A taxa de resfriamento nos processos de fundição em molde permanente são maiores comparados ao processo de fundição em areia, devido à grande condutividade térmica dos moldes metálicos. Com isso o aprisionamento de ar é mais intenso e a utilização de tintas pode melhorar esta condição reduzindo a quantidade de porosidades. A influência das tintas nas taxas de resfriamento permite o direcionamento da solidificação podendo solucionar problemas de contração e rechupes. Isso é importante principalmente em fundidos que tem variação na espessura de parede, as seções finas devem permanecer o maior tempo possível líquidas para permitir a alimentação de metal nas regiões mais espessas.

Outro aspecto importante relacionado à aplicação de tintas é em relação ao fluxo do metal, em superfícies mais rugosas o metal tende a percorrer com velocidades maiores devido à quebra da tensão superficial dos filmes de óxido, já em superfícies mais lisas o metal mantêm uma espessura maior na frente de óxidos, e pode gerar  defeitos de preenchimento no caso de encontro de frentes metálicas, devido à velocidade das frentes serem menor. Diversas tintas podem proporcionais rugosidades diferentes nas superfícies dos moldes, dependendo do tipo a ser aplicada e a forma de aplicação.

TIPOS DE TINTAS

Existem basicamente três tipos básicos de tintas que são produzidas com variadas matérias primas:

  1. Tintas isolantes
  2. Tintas desmoldantes
  3. Tinta primária

Tintas isolantes

As tintas isolantes também são conhecidas como refratárias, as matérias primas geralmente utilizadas são: talco, mica, cálcio, dióxido de titânio, entre outros. A taxa de resfriamento muda conforme a composição das tintas e suas matérias primas. Além de atuarem no direcionamento da solidificação através da retenção de calor, as tintas refratárias servem para proteger o molde de desgaste durante o processo de fundição, principalmente por sua camada normalmente ser mais espessa, proporcionando uma  superfície mais rugosa devido à utilização de materiais de morfologia granular na composição das tintas.

Tintas desmoldantes

As tintas desmoldantes contêm materiais que proporcionam um resfriamento mais rápido aumentando a taxa de resfriamento nas regiões em que são aplicadas no ferramental, as tintas desmoldantes tem como base o grafite que atua como lubrificante e não reage quimicamente com o metal liquido evitando adesão de alumínio no molde.

Tintas Primárias

As tintas primárias são recomendadas para servir de base no ferramental, melhorando a aderência da camada principal. Elas podem ser especialmente desenvolvidas ou utilizar a mesma composição da tinta principal em diluições maiores.

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APLICAÇÃO DAS TINTAS

A escolha da tinta ideal para obter sucesso no processo de fundição é apenas o inicio do trabalho, porém uma ótima tinta mal aplicada pode não proporcionar as melhores condições no processo e conseqüentemente afetar a qualidade dos fundidos.

A preparação da superfície é fundamental para o sucesso funcional da tinta, moldes novos devem ser limpos, removendo-se todos resíduos de material e lubrificante provenientes dos processos de fabricação do ferramental.

Em moldes já utilizados a tinta desgastada da produção anterior deve ser totalmente removida através de jateamento e diversos materiais podem ser utilizados neste procedimento, como: areia, micro esfera de vidro, gelo seco, pós metálicos, espumas especiais entre outros. Outra alternativa de limpeza é o processo por ultrassom.


Antes do Jateamento                                                                 Após o Jateamento

Ferramental de fundição antes e depois do jateamento com CO2
fonte: http://solidco2.net/dryiceblast.html

O desgaste do ferramental devido o processo de jateamento é inevitável e tem relação direta com o tipo de material utilizado, pressão de ar, distância de aplicação, tempo de aplicação e freqüência de jateamento. Alterações dimensionais, desgastes superficiais ou deformações na linha de fechamento dos moldes podem sem gerados mesmo em curto prazo caso o procedimento de jateamento seja mal definido. Já nos processos de limpeza por ultrassom o desgaste não existe.

A aplicação das tintas primárias e desmoldantes normalmente são realizadas por sistemas de spray na superfície dos moldes. Independente do sistema de aplicação o objetivo principal é atomizar a tinta para que a mesma “seque” instantaneamente na superfície aquecida do ferramental que deve estar entre 250° e 350°C, evaporando a água e formando a camada na espessura necessária. Quanto melhor a atomização das gotículas de tinta menor será a rugosidade da camada, proporcionando melhores condições de acabamento superficial nos fundidos.

As tintas isolantes devido sua elevada viscosidade são aplicadas com pincéis ou buchas. A utilização destas ferramentas proporciona uma camada espessa e com superfície bastante rugosa, o que favorece o fluxo do metal em regiões de difícil preenchimento, canais de alimentação e massalotes, sendo essas as regiões do molde que normalmente aplica-se este tipo de camada. O aspecto visual do fundido é prejudicado com a utilização deste material, porém em caso de necessidade de direcionamento da solidificação este recurso pode ser utilizado.