Aula Prática Fundição e Processos Siderúrgicos

Aula Prática Fundição e Processos Siderúrgicos

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA
NOME DA DISCIPLINA: FUNDIÇÃO E PROCESSOS SIDERÚRGICOS
Unidade: U3 _ UNIDADE DA DISCIPLINA RELACIONADA A AULA PRÁTICA
Aula: A2_ Contração, concentração de impurezas, desprendimento de
gases
Tempo previsto de execução de aula prática: 5h (CAMPO OBRIGATÓRIO – NÃO APARECER EM
NENHUM RAP)
OBJETIVOS (campo obrigatório – exibição para todos)
Definição dos objetivos da aula prática:
Os massalotes são elementos importante no processo de fundição, utilizados para compensar a
contração do metal durante a solidificação e o resfriamento dentro do molde. Eles funcionam
como reservatórios de metal líquido, fornecendo material adicional para preencher as cavidades
que se formam à medida que o metal esfria e se contrai. O posicionamento e o dimensionamento
adequados dos massalotes são essenciais para evitar defeitos como porosidade e cavidades
internas nas peças fundidas, garantindo a integridade estrutural e a qualidade da peça final. O
projeto eficiente dos massalotes é, portanto, um aspecto vital no planejamento de moldes para a
produção de componentes metálicos de alta precisão.
Os objetivos desta aula prática, são:
1. Compreender os princípios do massalote;
2. Realizar os cálculos para dimensionamento dos sistemas de canais e dos massalotes;
3. Determinar a eficiência do dimensionamento.
INFRAESTRUTURA (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – EXIBIÇÃO DOCENTE/TUTOR)
Instalações – Materiais de consumo – Equipamentos:
LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA
Materiais de consumo:
NSA.
LABORATÓRIO DE INFORMÁTICA
Equipamentos:
Computador – 1 para cada 2 alunos
Microsoft Excel (ou similar) – 1 para cada computador
SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS)
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Infraestrutura mínima necessária para execução.
• Planilha Eletrônica (Microsoft Excel)
As planilhas eletrônicas, como o Microsoft Excel, são ferramentas fundamentais na engenharia,
permitindo a manipulação eficaz e precisa de dados para uma variedade de aplicações
técnicas. Engenheiros utilizam essas planilhas para calcular cargas, dimensionar componentes,
analisar dados experimentais e modelar sistemas complexos. O Excel suporta funções
avançadas que facilitam desde análises estatísticas até simulações de cenários, e sua
capacidade de integração com outras ferramentas técnicas amplia seu uso na automação de
tarefas repetitivas e na otimização de processos. Além disso, as planilhas oferecem
visualizações gráficas de dados, essenciais para a apresentação e interpretação de resultados
em projetos de engenharia.
EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER
PARA TODOS)
NSA
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS)
Procedimento/Atividade nº 1 (Virtual)
Atividade proposta:
Projetar um sistema de canais e massalotes, a fim de garantir uma melhor eficiência para
a fundição da peça atracador porca-borboleta.
Procedimentos para a realização da atividade:
Link do vídeo ilustrativo da aula:
Passo-a-passo do procedimento para a execução da atividade/procedimento prático.
INTRODUÇÃO
O sistema de canais tem como função permitir o completo enchimento da cavidade do
molde prevenindo o surgimento de defeitos, inclusão de areia ou escória, não permitindo
que a contratação líquida provoque falhas internas na peça. Ele deve ser eficiente,
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evitando a absorção de gases, entrada de partículas estranhas e ter peso mínimo em
relação à peça. Sendo projetado de forma que o metal seja solidificado do ponto mais
distante da alimentação para o ponto mais próximo. Na figura1 vemos que, este é
formado por bacia de vazamento, canal de descida, canal de distribuição e canal de
ataque. Sendo pelo canal de ataque que o metal líquido escoa para atingir e preencher a
cavidade do molde.
Figura 1 – Elementos básicos de um sistema de alimentação
Fonte: Bastos (2013, p. 7)
• Critérios para o dimensionamento do sistema de canais de entrada:
Temos dois sistemas de canais de entrada: pressurizado e não-pressurizado. O sistema
pressurizado nos dá uma maior garantia de que os canais de mantenham sempre cheios,
evitando aspiração de ar, neste tipo de sistema há uma diminuição gradativa da área ou
somatório de áreas, dos canais ao passarem do canal de descida para o ataque. Porém,
com aumento da pressão e velocidade do líquido, aumentam os riscos de lavagem da
areia e turbulência. Quando se prioriza o enchimento lento, a fim de evitar formação e
arraste de filmes de óxidos, a melhor opção é pelo sistema não-pressurizado. Os
sistemas pressurizados são geralmente utilizados em ligas ferrosas (aços e ferros
fundidos), enquanto para ligas não ferrosas, os sistemas são quase todos
despressurizados.
Na figura 2 pode se observar um sistema de canais de entrada e as áreas S1, S2 e
Si como sendo:
S1 – área da seção mínima do canal de descida;
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S2 – área da seção máxima do canal de distribuição. Se há mais de um canal de
distribuição, essa área é a soma das seções máximas dos canais de distribuição
que convergem para um mesmo canal de descida;
Si – área da seção mínima de cada canal de ataque.
Figura 2 – Sistema de Canais de Alimentação
Fonte: Bastos (2013, p. 9)
A eficiência do sistema de canais é devidamente alcançada quando se é evitado, a
entrada de partículas estranhas, absorção de gases e peso mínimo em relação à
peça
É necessário que, o canal de descida tenha uma forma cônica para se conferir a
pressurização e assim evitar a aspiração de ar, e em sua base um formato de ovo,
amortecendo a turbulência que pode gerar gases.
Para minimizar a turbulência e aspiração de ar é necessário que o sistema tenha as
seguintes ferramentas: bacia de vazamento, fundo de canal, canal de descida cônico e
cantos arredondados. Podemos optar pelo sistema de canais pressurizado ou nãopressurizado. No sistema de canais pressurizado temos um enchimento gradativo,
mantendo assim os canais sempre cheios e evitando aspiração de ar. Aumentando a
velocidade do líquido e pressão, aumentam os riscos de turbulências e arrastes de areias.
Porém, no sistema de canais não-pressurizado é utilizado para ligas fortemente oxidáveis
e seu enchimento é lento, com finalidade de se evitar formação e arraste de filmes óxidos.
• Critérios para o dimensionamento do Massalote
O massalote é uma reserva de metal líquido adjacente à peça, que tem a função de
compensar a contração líquida e de solidificação. O dimensionamento dos massalotes
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deve considerar que a solidificação dos massalotes ocorra após a solidificação da peça.
O massalote deve se localizar em partes da peça que se solidificam por último, conter
metal líquido suficiente para compensar o efeito da contração e representar mínima
massa relativa à massa da peça, por questões de custo do material empregado. Para o
dimensionamento e o uso de alimentadores, utilizaremos a equação de Chvorinov, o
método dos módulos e a regra da contração. O tempo de solidificação da seção de uma
peça pode ser expresso pela equação de Chvorinov.
Como C é uma constante, isso indica que a relação (V/S) é que determina a sequência
de solidificação da peça. Essa relação é chamada de módulo parcial de solidificação da
peça. Pela regra dos módulos, o cálculo dos módulos de cada segmento é feito da
seguinte forma: M é o módulo do segmento da peça em cm; V é o volume do segmento
da peça em cm³; S é a área do segmento da peça em contato com o molde em cm². O
tempo de resfriamento de uma peça ou o elemento da peça é a função de seu módulo
parcial de resfriamento M. Para que o massalote solidifiquese após a peça, é preciso que
ele tenha um módulo (Mm = módulo do massalote) superior ao módulo da peça (Mp).
Após definido que o massalote se solidificará depois da peça, verificamos por meio da
“regra da contração” se ele terá volume suficiente para alimentar a parte da peça à qual
se destina. Para o cálculo do massalote da região a alimentar, usamos a regra dos
módulos, que deve expressar a seguinte relação:
Em que: k é um coeficiente que depende das condições de funcionamento do massalote
e é representada pela Quadro 1.
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Quadro 1 – Valores do coeficiente K para condições de funcionamento do massalote
Fonte: Livro didático
Depois de obter o valor do módulo do massalote pode-se determinar o diâmetro d
e demais dimensões, a partir das fórmulas:
• Massalote de topo aberto, com pó isolante: d = 4.Mm
• Massalote lateral cego: d = h = 4,56.Mm; H = 1,5.d; I = (π.d2
) / 10
Onde h é à distância do topo da peça ao fim da seção cilíndrica; H, distância topo da peça
ao topo do massalote e l área da seção estrangulada.
A regra da contração é aplicada para confirmar o requisito volumétrico. Em que o
massalote deve conter metal líquido suficiente para compensar a contração metálica
Vm = volume do massalote
r = coeficiente de contração volumétrica.
Vp = volume da peça
Sendo, k” depende das condições do massalote conforme mostra a Quadro 2.
Quadro 2 – Valores de K” para diversas condições
Fonte: Bastos (2013, p. 22)
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Quadro 3 – Contração Volumétrica para diversas ligas
Fonte: Bastos (2013, p. 23)
DIMENSÕES DA PEÇA A SER FUNDIDA
A atividade a ser desenvolvida é baseada no atracador porca-borboleta feita de cobre.
Figura 3 – Desenho com as dimensões da peça atracador porca – borboleta
Quadro 4 – Composição da liga da peça atracador-porca borboleta
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Inicialmente, e com o intuito de determinar as zonas a ser alimentada pelos massalotes
a peça é dividida em geometrias simples. Neste estudo a peça atracador borboleta foi
dividida num cilindro central (vermelho) e dois retângulos para as hastes da peça (azul).
Figura 4 – Divisão da peça em geometrias simples para os cálculos
A ordem de solidificação é determinada pelo cálculo dos módulos das variadas partes da
peça e os pontos quentes que se solidificam por último e que serão alimentados pelos
massalotes. O módulo é a relação entre o volume (cm3
) e a área (cm2
) que efetivamente
participa do resfriamento, ou seja, a área superficial que está em contato com o molde.
Quanto menor for o módulo, menor será o tempo de solidificação e peças de mesmo
módulo M se solidificam no mesmo tempo, independentemente de sua geometria.
A quantidade mínima de massalotes é definida através da regra da zona de ação, existe
uma região no entorno do massalote definida por um círculo de raio r que define a
distância ao longo da peça, na qual o massalote é efetivo. O raio de ação de um
alimentador pode se determinar em função da espessura de uma placa de aço, sendo o
raio igual a 2 vezes a espessura da placa. Pode não ser suficiente a colocação de apenas
um massalote para eliminar rechupes em toda a peça. As alternativas seriam a colocação
de um segundo massalote, a utilização de resfriadores ou o isolamento térmico da seção
mais fina. A utilização de resfriadores aumenta o raio de ação do alimentador sendo neste
caso igual a 4,5 vezes a espessura da placa mais duas polegadas, como se esquematiza
na figura 5

CONTINUA ….