Relatório

Outubro 2012
Como se produz uma peça metálica por
fundição?
Grupo I
Grupo I - 1ºAno
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Ana Leonor Feio
Bruno Silva
José Ferreira
Pedro Pereira
Roberto Mendes
Tiago Santos
Índice
Resumo .......................................................................................................................................... 1
Introdução ..................................................................................................................................... 2
Objetivo ......................................................................................................................................... 3
Enquadramento teórico ................................................................................................................. 3
Vantagens e desvantagens da utilização da técnica de fundição por cera perdida ........................ 4
Processo de fundição por cera perdida .......................................................................................... 5
Trabalho Experimental .................................................................................................................. 8
Propriedades do estanho e do seu minério .................................................................................... 8
Aplicações ..................................................................................................................................... 9
Trabalho Prático: Fusão e vazamento de uma peça em estanho ................................................... 9
Conclusão .................................................................................................................................... 12
Bibliografia ................................................................................................................................. 13
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Resumo
Com este trabalho, realizado no âmbito da unidade curricular do Projecto FEUP,
pretende-se dar a conhecer o processo de produção duma peça metálica por fundição e, mais
especificamente, a sua produção recorrendo ao método de fundição por cera perdida. Abordarse-ão as suas vantagens e desvantagens e o processo utilizado neste.
Ir-se-á também demonstrar o trabalho prático realizado pelo nosso grupo, no qual foi
feita a fundição e vazamento de uma peça de estanho, referindo algumas das suas propriedades e
aplicações.
1
Introdução
A fundição é uma técnica com mais de 5.000 anos, que tem sofrido uma grande
evolução ao longo das últimas décadas, principalmente após a Revolução Industrial.
Este método toma grande importância e tem vindo a contribuir para o avanço
tecnológico do qual usufruímos actualmente. Com o passar dos anos, o Homem foi
aperfeiçoando esta técnica, começando nas pequenas peças fabricadas artesanalmente
até às técnicas de siderurgia atuais.
Essencialmente, este processo consiste num conjunto de etapas necessárias para
moldar certos materiais ou ligas, recorrendo à fusão dos mesmos e ao seu escoamento
ou vazamento para moldes adequados e posterior solidificação.
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Objetivo
Como produzir uma peça metálica por fundição, recorrendo ao método de
fundição por cera perdida.
Enquadramento teórico
A fundição por cera perdida consiste na
liquefação de um material ou liga submetido a altas
temperaturas que posteriormente é vazado para um
molde com o mesmo formato do objeto a reproduzir,
como
é representado
na figura
1.
Depois
da
solidificação do material, o objeto resultante terá as
mesmas dimensões e formato do inicial. De seguida, a
Figura 1- Vazamento dum metal
peça poderá necessitar de alguns aperfeiçoamentos como, por exemplo, ao nível do
tamanho ou da sua conformação mecânica (no forjamento da peça), para que no final,
fique com as dimensões pretendidas.
De entre os principais métodos de fabrico de peças metálicas, a fundição por
cera perdida destaca-se pela sua versatilidade, já que é possível produzir objetos com
grande variedade de formatos e tamanhos. (Julierme Ribeiro)
Normalmente, quando se pretende reproduzir objetos para comércio, opta-se
pelo processo de fabrico por fundição já que, a partir de um ou vários moldes, é possível
obter uma produção em massa. (heArtjóia)
Inicialmente, esta técnica era utilizada para produção de pequenas peças;
atualmente, a indústria mundial começou a desvendar as suas grandes potencialidades
para a reprodução de peças de maiores dimensões e com elevada precisão, necessária
para variadas indústrias, tal como a aeronáutica.
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Vantagens e desvantagens da utilização da técnica de fundição
por cera perdida
Todos os processos de fundição têm vantagens e desvantagens.
No caso particular da fundição por cera perdida, podem-se obter vantagens no
uso deste método para produção em massa de objetos com formatos complexos,
obtenção de peças com vários detalhes (cantos vivos, paredes finas) maior precisão
dimensional e melhor acabamento superficial, podendo ser utilizada uma grande
variedade de ligas metálicas para este efeito. Ao nível das desvantagens, para a
produção de peças através deste processo é necessário que estas sejam relativamente
leves, tendo um peso máximo de cinco Kg. Outra das desvantagens é que, quanto maior
for o tamanho da peça, maior será o seu custo. (Norberto Moro, André Paegle Auras)
Um exemplo prático mo qual se verificam benefícios na utilização deste
processo de fundição é no campo da joalharia já que é uma arte na qual são produzidas
peças com grande detalhe e formas complexas. (heArtjóia)
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Processo de fundição por cera perdida
1.
Obter a peça que queremos reproduzir. Para isso, utilizam-se diversas
técnicas de construção podendo as peças finais serem desenvolvidas para fins
artísticos (estátua em bronze) ou técnicos (peças de maquinaria).
2.
Envolver a peça num material que não a danifique, tal como a plasticina, de
modo a criar um modelo com uma sobreespessura (figura 2).
Figura 2- Modelo com revestimento de plasticina
3.
Criar os canais de vazamento (gitos), para o qual se vaza o metal ou liga
metálica e por onde saem os gases que se formam durante o processo, de
modo a evitar a formação de defeitos, tais como bolhas.
4.
Já com os gitos colocados, criar a parede de apartação usando plasticina.
5.
Criar um contramolde em gesso ou outro tipo de material rígido. (figura 3)
6.
Dividir, pela parede de apartação, o contra-molde, de modo a que a peça seja
liberta (figura 3).
5
Figura 3- Contra-molde em gesso
7.
Retirar a plasticina da peça e colocá-la dentro do contramolde. De
seguida, encher o espaço que estava a ser ocupado pela plasticina com silicone
líquido.
8.
Após o endurecimento do silicone remover o contramolde. Retirar a peça
do revestimento, cortando o molde de silicone.
9.
Vazar a cera líquida para o molde e deixar solidificar, repetindo o
processo várias vezes. (figura 4)
Figura 4 – Molde de cera
10.
Fixar as peças em cera a uma coluna, de modo a criar uma espécie de
«árvore» para que de uma só vez se possa produzir um grande número de peças,
rentabilizando assim a produção. Esta coluna tem acoplado a si uma bacia e
canais de vazamento, de forma a conduzir o metal líquido ao molde.
6
11.
Imergir a árvore numa suspensão de cerâmica, cobrindo-a depois
com várias camadas de pó feitas do mesmo material, de modo a dar a espessura
e rigidez necessária à «carapaça» exterior. (figura 5)
Figura 5- Peça com carapaça em cerâmica
12.
Levar ao forno a peça para que a cera funda e a cerâmica sintetize.
13.
Fundir o metal e vazá-lo.
14.
Após a solidificação, quebrar a «carapaça» e separar as peças, ainda
ligadas na forma de uma árvore.
15.
Dar um acabamento final à peça.
7
Trabalho Experimental
A atividade realizada pelo grupo não foi a fundição por cera perdida, mas sim
uma fundição «simples», dado que a primeira se trata de uma atividade com um nível de
complexidade bastante superior e para a qual são necessários vários dias.
Assim, foi-nos proposta a realização de uma experiência mais simples (fundição
do estanho) para que o tempo de realização da mesma fosse compatível com o tempo
disponível.
Propriedades do estanho e do seu minério
A cassiterita ou o dióxido de estanho (SnO2) é um mineral de dureza intermédia,
a partir do qual se obtém o estanho.
O estanho funde a uma temperatura relativamente baixa em comparação com
outros metais e não é corroído pela água mas pode sofrer deterioração quando em
contacto com bases, ácidos fortes ou oxigénio. (Bittencourt, Anderson; Cruz, Antônia F
et al.)
Apresentamos assim as características mais importantes deste metal na tabela 1.
Características do Estanho
Símbolo Químico
Número Atómico
Peso Atómico
Ponto de Fusão
Ponto de Ebulição
Densidade Relativa
Resistividade
Sn
50
118,69 u
232 ⁰C
2270 ⁰C
7,28
11,5x10-8 W.m
Tabela 1- Características do Estanho
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Aplicações
O estanho pode ser utilizado para as mais variadas aplicações, sendo
frequentemente utilizado na sua forma não purificada. Pode também ser adicionado
como elemento de liga na junção com outros metais. (Sandro Rodrigues). Neste
contexto, uma liga consiste na agregação de um ou mais elementos químicos, tendo que
um dos elementos constituintes da liga tem que ser um metal e que todas as fases
existentes devem ter propriedades metálicas. (Fabio Domingos Pannoni)
De entre as principais ligas destacam-se a Pewter (estanho, cobre, antimónio e
chumbo), (Sandro Rodrigues), a de bronze (estanho e cobre) e a solda (estanho e
chumbo). (Bittencourt; et al.)
A aplicação do estanho em ligas proporciona novas condições e confere novas
características aos constituintes da liga que poderão ser favoráveis e vantajosas para o
profissional. Por exemplo, uma das vantagens do uso deste material é o facto de, ao ser
adicionado numa liga a outro metal, faz com que este baixe o ponto de fusão e tenha
assim melhores características de soldabilidade. (Sandro Rodrigues)
Outra das aplicações do estanho é no fabrico das folhas-de-flandres (lâminas de
aço estanhadas) que são usadas como revestimento em latas de tinta e embalagens
alimentares, uma vez que não contamina os alimentos. Pode ainda ser aplicado em
material para soldadura (constituído por ligas de estanho e chumbo) e ligas anti-fricção
constituídas por metais anti-friccionais que contêm estanho e como componente de
alguns inseticidas e ornamentos. (Sandro Rodrigues)
Trabalho Prático: Fusão e vazamento de uma peça em
estanho
1. Cortar o lingote de estanho em porções mais pequenas para serem colocadas no
forno (figura 6);
Figura 6 – Instrumento de Corte
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2. Colocar os pedaços de estanho no cadinho de grafite e posteriormente dentro
forno a uma temperatura de 300 ⁰C;
3. Controlar a temperatura do banho com o termopar e verificar se a temperatura
dentro do cadinho é inferior à que é indicada no mostrador de temperatura do
forno (figura 7);
Figura 7 – Medição da temperatura do banho com o termopar
4. Esperar que o estanho funda (figura 8);
Figura 8 –Estanho no estado líquido
5. Medir a temperatura do estanho (300 °C) com o termopar antes de o vazar;
6. Vazar para o molde (figura 9);
10
Figura 9 – Vazamento do estanho para o molde
7. Aguardar a solidificação do estanho;
8. Retirar o estanho do molde (figuras 10 e 11).
Figura 10 – Molde em silicone
Figura 11 – Porta-chaves (produto final)
11
Conclusão
Durante o desenvolvimento do trabalho foi criado um conjunto de aprendizagens
acerca do processo de fundição por cera perdida que permitiu conhecer melhor este
processo específico de fundição, as etapas que o compõem e as vantagens do seu uso.
Em relação a este método de fundição, verificou-se que todo o processo é
deveras complexo, embora o produto final se aproxime muito da reprodução perfeita e
com grande detalhe da peça.
Realizou-se também uma atividade que consistia na fundição do estanho e seu
vazamento para um molde com forma de porta-chaves. Assim, a atividade realizada não
foi a fundição por cera perdida, já que é um processo mais complexo do que a simples
fundição do estanho. Foi feita então uma pesquisa acerca deste metal, de forma a
conhecer melhor as suas propriedades, características e aplicações.
Constatou-se que é a cassiterita o mineral que é extraído das minas e do qual se
obtém o estanho. Este metal pode, por exemplo, ser usado com outros materiais para
formar ligas ou na produção de folhas-de-flandres.
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Bibliografia
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Fabricação:fundição”. Obtido de www.norbertocefetsc.pro.br/fundicao.pdf. Acedido
em: 10/10/2012
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http://heartjoia.com/4485-fundicao-cera-perdida-microfundicao-ouro-prata. Acedido em:
10/10/2012
GIULIANO, José. “Os processos de fundição como ferramenta na obtenção de
esculturas em metal”,(2008) Obtido de http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/14297
Acedido em: 10/10/2012
BITTENCOURT, Anderson; CRUZ, Antônia F; PORTNOI, Marcos; ROSSI,
Nereu; SANTANA, Neilton.“ Prata, bronze, estanho: características e aplicações na
engenharia elétrica”,(2008) Obtido de
http://www.reocities.com/researchtriangle/4480/academic/academic-files/estanho-pratabronze.html Acedido em: 10/10/2012
RODRIGUES, Sandro. “Desenvolvimento de Novos Produtos em Estanho”,(Fevereiro
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13/10/2012
LINO, Jorge; ABREU, Alexandra; NETO, Rui; ROCHA, Augusto Barata “Fabrico
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Obtido de www.gerdau.com.br/arquivos-tecnicos/20.brasil.es-ES.force.axd. Acedido
em: 12/10/2012
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