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Disciplina: Processos de FabricaçãoParte 2: FundiçãoProfessor: Guilherme O. VerranDr. Eng. Metalúrgica
Aula 03 – Contração e Alimentação de Peças Fundidas
1
. Introdução -^
Contrações que ocorrem durante o resfriamento de peças fundidas
-^
Conceito de massalote.
-^
Funções de um massalote. 2. Massalotes -
Tipos de massalotes.
-^
Mecanismos de formação de rechupes.
-^
Requisitos de um massalote.
- Projeto de Massalotes -^
Requisito Térmico – Módulo de Resfriamento
-^
Requisito Volumétrico – Volume do Rechupe – Coeficiente de Contração Volumétrica
-^
Casos Particulares – ferros fundidos cinzentos, vermiculares e nodulares.
- Roteiro para o Projeto de Massalotes
.
-^
Seqüência de procedimentos para dimensionamento, determinação da quantidade e da localização de
massalotes em moldes de areia e coquilhas.
Contrações durante a obtenção de umapeça fundida:
Contração no Estado Líquido
Contração naSolidificaçãoContração noEstado Sólido
Desde a temperatura de vazamento até a deinício da solidificação
Do início até o final
da solidificação
Do final da
solidificação até
a temperatura
ambiente
Compensadas
pelo uso deMassalotes
Compensadana Fabricação
dos
Ferramentais
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
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Representação esquemática da contração de aço baixo carbono, mostrandoa contribuição dos três diferentes estágios da solidificação: contração nolíquido, contração na solidificação e contração no sólido.
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Representação esquemática da contração de um ¨cubo¨ de ferro fundido
(a) Metal Líquido Inicial
(b) Formação de uma ¨cascasólida¨ e do vazio de contração
(c) Contração interna.
(d) Contração interna+ contração externa
(e) Vazio na superfície
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
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Solidificação
Direcional
Solidificação Progressiva
Massalote (alimentador)
¨Riser¨
Solidificação direcional e progressiva numa peça com massalote
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Grau de Sanidade
Parâmetro fundamental no
dimensionamento e na
localização dos massalotes
O projeto de um massalote visa basicamente:
Obter uma alimentação eficiente
Peças com
sanidade interna
Obter o máximo rendimento metálico
Economia no
processo
Facilitar a operação de limpeza da peça
Produtividade
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
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LíquidoSólido
V
s
T (decrescente)
∆
V V
i
Superaquecimento
Metal Sólido
V
o
T
s
Contrações na solidificação
de um Metal Puro
Modelo de Solidificação
Progressiva
Característica de um
Metal Puro
Solidificação a uma temperatura constante ⇒ Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
Representação esquemática do modelo de solidificação de um metal puro INTERFACE PLANA
COMPOSIÇÃO
METAIS PUROS
Ligas que solidificam
com temperatura constante Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
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Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com
grande intervalo de solidificação.
Ligas com grande
intervalo de solidificação
LIGAS DE Al HIPOEUTÉTICAS
BRONZES
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO
DENDRÍTICA
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
Representação esquemática do modelo
de solidificação de uma liga comintervalo de solidificação médio
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
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Tabela I: Valores de Contração Volumétrica de Solidificaçãopara alguns metais e ligas.
MATERIAL
CONTRAÇÃO (%)
Aço carbono
2,5 – 3,
Alumínio
6,
Cobre
5,
Ferro fundido branco
4,0 – 5,
Ferro fundido cinzento
0 – 2,
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CONTRAÇÃO DE SOLIDIFICAÇÃO
METAIS
LINEAR
SUPERFICIAL
CÚBICA
AÇO
0,018= 1/
0,036= 1/
0,054= 1/
FERROFUNDIDO
0,010= 1/
0,020 1/
0,030= 1/
ALUMÍNIO
0,018= 1/
0,036= 1/
0,054= 1/
CHUMBO
0,011= 1/
0,022= 1/
0,033= 1/
Tabela II: Valores de Contrações Linear, Superficial e Volumétrica na Solidificação para alguns metais e ligas.
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
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Macro Rechupes Dispersos num
Ponto Quente
Macro Rechupes Dispersos no Massalote
e nas suas proximidades
Micro Rechupes dispersos,normalmente em camadas
Formas de rechupes em peças fundidas em areia para ligas com
grande intervalo de solidificação.
Peça
Massalote
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Classificação das principais ligas quanto ao modelo de
solidificação
Ligas que solidificam
com temperatura constante
INTERFACE
PLANA
COMPOSIÇÃO EUTÉTICA •
METAIS PUROS
Ligas com pequeno intervalo de solidificação
AÇOS
FERROS FUNDIDOS •
LATÕES
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO
PLANA
Ligas com grande intervalo de solidificação
LIGAS DE Al HIPOEUTÉTICAS^ •
BRONZES
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO
DENDRÍTICA
Ligas
com expansão
volumétrica em algumestágio da solidificação
FERROS FUNDIDOS
CINZENTOS E NODULARES
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
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Consequências dos diferentes modelos de
solidificação na prática de alimentação.
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO
PLANA
-^
Necessidade de promover solidificação direcionada na própria peça e do (s) ponto
(s) quente(s) para o massalote
Maior facilidade de alimentação
FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO
DENDRÍTICA
Baixa temperatura de vazamento
Uso de Resfriadores
Ataques nas partes finas
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Aberto – De topo
Cego – De topo Cego – Lateral
Aberto – Lateral
TIPOS DE MASSALOTES
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PlaquetaExotérmica
Rechupe
Resfriador
Formação de Rechupe
na Região C
Placa Exotérmica
↑
Tempo de
Solidificação
Resfriador
↓
Tempo de Solidificação
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Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância Máxima
Efeito Ponta
Contribuiçãodo massalote
Distância máxima de alimentação em placas de aço.
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Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Quando a distância máxima de alimentação é excedida ocorre a
formação de rechupes na região indicada no desenho
Isento
Rechupes na linha de centro
Variável
Comprimento maior que a máximadistância de alimentação do massalote
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Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Distância de alimentação adicional devido
ao uso de um resfriador (Ex.: aço em molde de areia)
Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição
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Projetos de Massalotes
Requisito
Térmico
O massalote deve apresentar um módulo
de resfriamento maior que o da peça
M
M
= K. M
P
M
M
= Módulo do Massalote
M
P
= Módulo da Peça
K = Coeficiente de Segurança
Aula 03: Contração e alimentação de peças fundidas.
Valores de K para algumas condições práticas:Liga
Molde
Tipo de Massalote
K
crítico
FoFo CinzentoCE 4,2 P
Areia Verde
De Topo (2)Lateral (1)De Topo (1)
FoFo CinzentoCE 4,2 P
Areia Verde
De Topo (1) e (2)
FoFo Cinzento
Rígido
De Topo (1)
Aço Baixo C
Areia Verde Areia Estufada
De Topo (1)De Topo (1)
Aço Inox 18-
A.Verde/Estufada
De Topo (1)
(1) Altura Fixa/Diâmetro Variável
(2) Diâmetro Fixa/Altura Variável
Obs. :
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Valores de K para algumas condições práticas:Liga
Molde
Tipo de Massalote
K
crítico
Bronze Al
Areia Verde
De Topo (1)
Bronze Mn
Areia Verde
De Topo (1) ou (2)
Monel
De Topo
Areia Seca
(1) Altura Fixa/Diâmetro Variável
(2) Diâmetro Fixa/Altura Variável
Obs. :
Ligas de Al
De Topo
Areia Verde
Liga Al12Si
De Topo
Areia Verde
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Projetos de Massalotes
Requisito
Volumétrico
O volume do massalote deve ser maior ou
igual ao volume de metal a ser fornecido para compensação da contração durante a
solidificação.
V
M
= V
P
. b /
- b
V
P
= Volume da peça (ou parte da peça a ser alimentada)
Equação Básicab = Coeficiente de contração volumétrica
Rendimento do massalote
CasoGeral
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Dimensionamento do Pescoço
(Ligação Peça – Massalote)
Caso Geral: o pescoço deve apresentar um tempo desolidificação intermediário entre o da peça e do massalote. Segundo Vlodaver :
M
P
: M
PESC
: M
M
Caso Particular (Ferros Fundidos Cinzentos e Nodulares) : se usa aexpansão da grafita como compensação da contração, os massalotessó devem alimentar as contrações de solidificação da fase pró-eutética, devendo o pescoço solidificar antes do início da reaçãoeutética, evitando assim o fenômeno de refluxo.
M
P
: M
PESC
: M
M
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Massalotes de Topo Massalote lateral parapeça tipo ¨placa¨.
Massalotes laterais
Regras Gerais paraDesign de Pescoços
para Massolotes
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Projetos de Massalotes
Roteiro para Cálculo de Massalotes
- Determinação do Módulo(ou dos módulos parciais) da Peça
- Definição das Partes da Peça a serem Alimentadas
a. Cálculo dos Módulos Parciaisb. Estabelecimento da Ordem de Solidificação na Peçac. Determinação dos Pontos Quentes
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Projetos de Massalotes
- Determinação do Número de Massalotes Uso da Regra da Zona de Ação ou Distância de Alimentação
Tipo de metal ou liga
Modelo de solidificação
Geometria da peça
Grau de superaquecimento
Uso de resfriadores
Valores Tabelados
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