ROTEIRO DE AULA PRÁTICA – FUNDIÇÃO E PROCESSSOS SIDERÚRGICOS

ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: Fundição e Processos Siderúrgicos
Unidade: U3 – Unidade da Disciplina Relacionada à Aula Prática
Aula: A2 – Contração, Concentração de Impurezas, Desprendimento de Gases
Tempo Previsto de Execução da Aula Prática: 5h

OBJETIVOS

Os massalotes são elementos importantes 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.

Objetivos da Aula Prática:

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

Instalações – Materiais de Consumo – Equipamentos:

Laboratório de Informática

• Materiais de Consumo: NSA (Não Se Aplica)
• Equipamentos:
  • Computador (1 para cada 2 alunos)
  • Microsoft Excel (ou similar) – 1 para cada computador

Solução Digital

• 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): NSA (Não Se Aplica)

PROCEDIMENTOS PRÁTICOS

Procedimento/Atividade nº 1 (Virtual)

Atividade Proposta: Projetar um sistema de canais e massalotes para garantir uma melhor eficiência na fundição da peça atracador porca-borboleta.

Procedimentos para a Realização da Atividade:

Introdução

O sistema de canais tem a função de permitir o completo enchimento da cavidade do molde, prevenindo o surgimento de defeitos, inclusão de areia ou escória, e evitando que a contração líquida provoque falhas internas na peça. O sistema deve ser eficiente, evitando a absorção de gases e a entrada de partículas estranhas, e ter um peso mínimo em relação à peça. Deve ser projetado de forma que o metal seja solidificado do ponto mais distante da alimentação para o ponto mais próximo. O sistema é composto por bacia de vazamento, canal de descida, canal de distribuição e canal de ataque. O metal líquido escoa pelo canal de ataque para atingir e preencher a cavidade do molde.

Critérios para o Dimensionamento do Sistema de Canais de Entrada

• Sistema Pressurizado: Maior garantia de canais sempre cheios, evitando aspiração de ar, mas com aumento de risco de lavagem da areia e turbulência. Geralmente usado para ligas ferrosas.
• Sistema Não-Pressurizado: Preferível para ligas não ferrosas, com enchimento lento para evitar a formação e arraste de filmes de óxidos.

Critérios para o Dimensionamento do Massalote

• O massalote deve se solidificar após a peça e conter metal líquido suficiente para compensar a contração. O dimensionamento usa a equação de Chvorinov, o método dos módulos e a regra da contração. O módulo é a relação entre o volume e a área de contato com o molde. O módulo do massalote deve ser superior ao módulo da peça para garantir uma solidificação sequencial correta.

Dados para o Dimensionamento

• Coeficiente de contração do cobre: 1,14
• Dimensões da peça atracador porca-borboleta:
  • Cilindros: r = 1,94 cm, h = 2,5 cm
  • Tampa: rtampa = 0,775 cm
  • Borboleta: hborboleta = 7,16 cm
  • Altura dos Canais: Hsist.canais = 4,5 cm

Determinação do Massalote

• Cálculo do Módulo: Realizar os cálculos dos módulos do cilindro e das borboletas.
• Módulo do Massalote: Deve ser maior que o módulo da parte da peça a ser alimentada. Calcular as dimensões do massalote (diâmetro e altura) com base nas fórmulas fornecidas.

Figuras e Tabelas

• Figura 1: Elementos básicos de um sistema de alimentação.
• Figura 2: Sistema de Canais de Alimentação.
• Figura 3: Desenho com as dimensões da peça atracador porca-borboleta.
• Figura 4: Divisão da peça em geometrias simples para os cálculos.
• Figura 5: Raio de ação em função da espessura de uma placa de aço e efeito do resfriador.
• Quadro 1: Valores do coeficiente K para condições de funcionamento do massalote.
• Quadro 2: Valores de K” para diversas condições.
• Quadro 3: Contração Volumétrica para diversas ligas.
• Quadro 4: Composição da liga da peça atracador-porca-borboleta

Regra da Contração na Fundição:

1. Coeficiente de Contração Volumétrica

• k = 6: Coeficiente da contração para o cobre em condições do massalote escolhido.
• r = 5: Coeficiente de contração volumétrica do cobre.

2. Volume do Massalote

• O volume do massalote foi calculado e excede o volume total da peça, garantindo que haja metal líquido suficiente para compensar a contração volumétrica.

3. Tempo de Solidificação

• É essencial calcular o tempo de solidificação tanto da peça quanto do massalote para assegurar que o massalote funcione como reservatório de metal líquido durante a solidificação da peça.

4. Sistema de Canais

• Sistemas Avaliados: Pressurizados e não pressurizados.
• Razões:
  • Pressurizado: 1:0,75:0,5
  • Não Pressurizado: 1:3:3
• A Figura 6 ilustra as seções transversais para ambos os sistemas de canais.

5. Massa do Sistema de Canais e Massalotes

• Densidade do Cobre Fundido: 8,85 g/cm³.
• Cálculo das massas dos alimentadores e dos sistemas de canais:
  • Pressurizado com massalote de topo
  • Pressurizado com massalote de lateral (cego)
  • Não Pressurizado com massalote de topo
  • Não Pressurizado com massalote de lateral (cego)

6. Eficiência do Sistema de Canais e Massalotes

• A eficiência de cada sistema foi calculada pela razão entre a massa da peça e a massa total (massa da peça + massa do massalote + massa dos canais).

Checklist

1. Determinar os módulos para dimensionar o massalote.
2. Calcular a regra da contração.
3. Identificar o tempo de solidificação.
4. Dimensionar o sistema de canais.
5. Identificar as massas totais do sistema.
6. Encontrar as eficiências para otimização do projeto.

Resultados Esperados

• Compreensão dos conceitos de dimensionamento e aplicação na fundição.

Entrega da Aula Prática

• Relatório Detalhado:
  1. Introdução sobre massalotes e canais.
  2. Descrição da peça a ser fundida.
  3. Memorial de cálculos.
  4. Discussão sobre o sistema de canais e forma do massalote.
  5. Conclusão sobre resultados e aprendizados.

Referências Bibliográficas

• AGOSTINHO, Oswaldo Luiz. Engenharia de fabricação mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier, 2018.
• BALDAM, Roquemar de Lima; VIEIRA, Estêvão Aparecido. Fundição: processos e tecnologias correlatas. 2. ed. São Paulo: Érica, 2014.
• DOS SANTOS, Givanildo Alves. Tecnologias mecânicas: materiais, processos e manufatura avançada. São Paulo: Érica, 2021.
• GROOVER, Mikell P. Fundamentos da moderna manufatura: versão SI: volume 1. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017.

Roteiro da Aula Prática

Nome da Disciplina: Fundição e Processos Siderúrgicos
Unidade: U4 – Processos de Fundição de Ligas Metálicas
Aula: A1 – Fundição em Areia a Verde
Tempo Previsto: 5h

Objetivos

1. Compreender os princípios básicos da fundição em areia verde.
2. Desenvolver habilidades práticas de moldagem.
3. Identificar as aplicações dos modelos e machos.

Infraestrutura

• Laboratório de Informática: Computadores e simulador Algetec.
• Equipamentos de Proteção Individual (EPI): Necessários conforme especificado.

Procedimentos Práticos

1. Transferência e Preparação da Areia:
   • Despejar água na bacia e misturar a areia.
   • Aplicar talco sobre o molde e posicionar na caixa.
   • Adicionar e compactar camadas de areia na caixa.
2. Preparação do Molde e Canais:
   • Posicionar moldes e canos de PVC.
   • Adicionar e compactar camadas de areia na segunda caixa.

Introdução Teórica

• A fundição é um processo onde o metal fundido é derramado em um molde e solidifica na forma desejada, com um certo grau de contração. A escolha do molde e os métodos de vazamento são cruciais para evitar imperfeições na peça final. A fundição em areia verde é comum por sua flexibilidade e custo-eficiência.

Passos para Realização da Prática

• Utilização do laboratório virtual Algetec para simulação do projeto de fundição.