A etapa prática de construção de um molde de areia verde e a subsequente fundição de uma peça

MAPA – PROCESSOS DE FABRICAÇÃO MECÂNICA E METROLOGIA – 53_2024

 

M.A.P.A. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO E METROLOGIA

A FUNDIÇÃO NA INDUSTRIA

 

Olá, estudante!

Seja bem-vindo à nossa atividade M.A.P.A. da disciplina Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia. A atividade tem como tema “A fundição na indústria”, e está dividida em três etapas, abordando os conteúdos que serão estudados ao longo da disciplina Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia.

 

As suas principais tarefas nesse M.A.P.A. serão:

 

– Descrever os principais processos de fundição.

– Realizar o experimento de fundição em molde de areia verde.

– Discutir sobre as características do processo de fundição.

 

Bom trabalho!

Prof. Plínio de Andrade Vieira

 

INSTRUÇÕES DE ENTREGA

 

– Este é um trabalho INDIVIDUAL.

– As respostas devem ser entregues utilizando o Modelo de Resposta MAPA Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia disponibilizado. Sobre o seu preenchimento, é necessário o cumprimento das seguintes diretrizes:

– Toda e qualquer fonte e referência que você utilizar para responder os questionários deve ser citada ao final da questão.

– Após inteiramente respondido, o Modelo de Resposta MAPA Processos de Fabricação e Metrologia deve ser enviado para correção pelo seu Studeo em formato de arquivo DOC / DOCX ou PDF, e apenas estes formatos serão aceitos.

– O Modelo de Resposta MAPA Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia pode ter quantas páginas você precisar para respondê-lo, desde que siga a sua estrutura.

– O Modelo de Resposta MAPA Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia deve ser enviado única e exclusivamente pelo seu Studeo, no campo “M.A.P.A.” desta disciplina. Toda e qualquer outra forma de entrega deste Modelo de Resposta MAPA não é considerada.

– A qualidade do trabalho será considerada na hora da avaliação, então preencha tudo com cuidado, explique o que está fazendo, responda as perguntas e mostre sempre o passo a passo das resoluções e deduções. Quanto mais completo seu trabalho, melhor!

 

Problemas frequentes a evitar:

– Coloque um nome simples no seu arquivo para não se confundir no momento de envio.

– Se você usa OPEN OFFICE ou MAC, transforme o arquivo em PDF para evitar incompatibilidades.

– Verifique se você está enviando o arquivo correto! É o MAPA da disciplina certa? Ele está preenchido adequadamente?

 

Como enviar o arquivo:

– Acesse no Studeo o ambiente da disciplina e clique no botão M.A.P.A. No final da página há uma caixa tracejada de envio de arquivo. Basta clicar nela e então selecionar o arquivo de resposta da sua atividade;

– Antes de clicar em FINALIZAR, certifique-se de que está tudo certo, pois uma vez finalizado você não poderá mais modificar o arquivo. Sugerimos que você clique no link gerado da sua atividade e faça o download para conferir se está de acordo com o arquivo entregue.

 

Sobre plágio e outras regras:

– Trabalhos copiados da internet ou de outros alunos serão zerados.

– Trabalhos copiados dos anos anteriores também serão zerados, mesmo que você tenha sido o autor.

– A equipe de mediação está à sua disposição para o atendimento das dúvidas por meio do “Fale com o Mediador” em seu Studeo. Aproveite essa ferramenta!

 

VOCÊ ESTÁ PREPARADO?

 

Nas próximas páginas, você será DESAFIADO(A)! Como futuro profissional da área de tecnologia, queremos que você desenvolva habilidades essenciais para a sua jornada, como: analisar, sistematizar, refletir e tomar decisão. Uma aprendizagem ativa relevante é relacionada à nossa vida, aos nossos projetos e expectativas. E, nisso, o aprendizado em Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia é excelente! Analisar e interpretar os desafios da vida real para a tomada de decisão, transformando-os em um objeto de estudo que permita a aplicação de conceitos de tecnologia na vivência prática de concepção de projetos.

 

O objetivo deste desafio é provocar o seu senso de interpretação, buscando os fundamentos necessários à explicação e compreensão das questões propostas, conectando o conteúdo de Processos de Fabricação Mecânica e Metrologia à realidade de uma determinada indústria. Além disso, este desafio proporciona autonomia para que você seja capaz de organizar suas atividades mentais, de modo a desenvolver não somente o que compete às suas atribuições como estudante, mas também como futuros profissionais.

 

Nossa atividade está dividida em três etapas que deverão ser feitas individualmente. Você será desafiado primeiramente a determinar os principais processos de fundição encontrados na indústria. Em seguida, realizará um experimento de fundição usando o processo de molde de areia verde, e finalmente, discutir sobre algumas características do processo de funcição. Assim, seus conhecimentos serão colocados à prova! Você está preparado? Vamos lá!

 

INTRODUÇÃO A FUNDIÇÃO

 

A história da fundição remonta a milhares de anos, sendo um dos processos mais antigos de transformação de metais. A descoberta e evolução da fundição marcaram importantes avanços tecnológicos e sociais, permitindo o desenvolvimento de ferramentas, armas, artefatos e estruturas essenciais para a civilização humana.

 

Origens Antigas da Fundição

Os primeiros indícios de fundição de metais datam de cerca de 5000 a.C., durante a Idade do Cobre. Civilizações antigas, como os egípcios, mesopotâmicos e chineses, começaram a experimentar com o aquecimento de minérios metálicos em fornos rudimentares para extrair cobre. A descoberta de que o metal líquido poderia ser vazado em moldes para criar formas específicas revolucionou a fabricação de ferramentas e armas, inaugurando uma nova era tecnológica.

 

Por volta de 3500 a.C., a técnica de fundição de bronze foi desenvolvida, misturando cobre com estanho. O bronze, uma liga mais dura e resistente do que o cobre puro, permitiu a produção de armas e ferramentas superiores, impulsionando o progresso das civilizações da Idade do Bronze. As habilidades de fundição foram aperfeiçoadas, permitindo a criação de estátuas, ornamentos e utensílios domésticos detalhados.

 

Avanços na Idade do Ferro

O próximo grande avanço na fundição ocorreu durante a Idade do Ferro, por volta de 1200 a.C. A fundição de ferro exigia temperaturas mais altas do que as utilizadas para o cobre e o bronze, levando ao desenvolvimento de fornos mais avançados. A descoberta de que a adição de carbono ao ferro produzia aço, um material ainda mais forte e durável, teve um impacto significativo nas sociedades antigas. Ferramentas e armas de aço permitiram a construção de melhores estruturas e a realização de conquistas militares.

 

Idade Média e Renascimento

Durante a Idade Média, a fundição continuou a evoluir com o desenvolvimento de fornos de alta temperatura, como o alto-forno. A invenção do alto-forno na China e sua posterior adoção na Europa permitiram a produção em larga escala de ferro fundido. Este período também viu a introdução de técnicas de moldagem em areia, melhorando a precisão e a qualidade das peças fundidas.

 

No Renascimento, o renascimento do conhecimento científico e técnico levou a avanços significativos na fundição. A invenção da tipografia por Johannes Gutenberg, que utilizava tipos móveis fundidos em chumbo, revolucionou a impressão e a disseminação do conhecimento. Além disso, escultores e artistas, como Benvenuto Cellini, utilizaram a fundição de precisão para criar obras de arte intrincadas em bronze.

 

Revolução Industrial

A Revolução Industrial, iniciada no final do século XVIII, trouxe mudanças drásticas para a fundição. A demanda por peças metálicas aumentou exponencialmente com o desenvolvimento de máquinas a vapor, ferrovias e infraestrutura industrial. A fundição de ferro e aço tornou-se um processo central na produção industrial. Fornos mais eficientes e métodos de moldagem aprimorados permitiram a produção em massa de componentes padronizados, reduzindo custos e aumentando a eficiência.

 

O processo de fundição de aço Bessemer, inventado por Henry Bessemer em 1856, revolucionou a produção de aço ao permitir a fabricação em grande escala e a baixo custo. A capacidade de produzir grandes quantidades de aço de alta qualidade foi crucial para a construção de pontes, edifícios e navios, moldando o mundo moderno.

 

Fundição Moderna

No século XX e além, a fundição continuou a evoluir com a introdução de novas tecnologias e materiais. A fundição sob pressão (die casting) permitiu a produção de peças complexas com alta precisão e repetibilidade, sendo amplamente utilizada na indústria automotiva e eletrônica. A fundição por cera perdida, também conhecida como fundição de precisão, tornou-se essencial para a fabricação de componentes aeroespaciais e médicos.

 

Os avanços na ciência dos materiais e na tecnologia de fundição, incluindo o uso de simulações computacionais e controle automatizado de processos, melhoraram a qualidade e a eficiência da fundição. Novos métodos, como a fundição de espuma perdida e a fundição centrífuga, expandiram as possibilidades de design e aplicação.

ETAPA 1: Tipos de processos de fundição

 

Nesta etapa, iremos abordar o processo de fundição, uma técnica fundamental na fabricação de diversos componentes mecânicos. A fundição é amplamente utilizada na indústria para produzir peças complexas com grande precisão e versatilidade. Vamos mergulhar na descrição e nos aspectos essenciais desse processo.

 

A fundição é um processo que consiste em derreter um metal ou uma liga metálica e verter o material líquido em um molde, onde ele é solidificado para formar uma peça sólida. Esse processo é amplamente utilizado na indústria devido à sua capacidade de produzir peças de diferentes tamanhos, formas e complexidades.

 

Principais Etapas do Processo de Fundição:

– Preparação do Molde: o primeiro passo na fundição é preparar o molde. Isso envolve a escolha do material do molde (geralmente areia), a criação de um padrão em negativo da peça a ser produzida e a montagem do molde.

– Preparação do Material: o material a ser fundido é selecionado e preparado. Isso pode envolver a fusão de ligas metálicas em fornos de fundição, onde o material é aquecido até atingir seu ponto de fusão adequado.

– Vazamento e Solidificação: o material fundido é despejado no molde preparado. Ele preenche os espaços vazios do padrão, assumindo a forma desejada. À medida que o material esfria e solidifica, a peça é formada dentro do molde.

– Resfriamento e Extração: após a solidificação completa do material, o molde é aberto e a peça é extraída. Em alguns casos, pode ser necessária a remoção de excessos de material, como rebarbas ou canais de alimentação.

– Acabamento: após a extração, a peça fundida pode passar por processos adicionais de acabamento, como usinagem, retificação ou tratamentos térmicos, para alcançar as tolerâncias e propriedades desejadas.

Atividade da ETAPA 1: Tipos de Processos de Fundição

 

Nesta etapa da atividade, sua tarefa é pesquisar e explorar mais detalhadamente sobre o processo de fundição na indústria. Concentre-se em diferentes tipos de fundição, como fundição em areia, fundição por cera perdida ou fundição em molde metálico. Além disso, destaque as vantagens, desafios e aplicações de cada tipo de fundição.

Para realizar essa pesquisa, consulte livros, artigos acadêmicos, sites especializados e materiais técnicos. Certifique-se de citar corretamente todas as fontes utilizadas. Ao realizar sua pesquisa, leve em consideração os seguintes pontos:

 

– Fundição em Areia: descreva o processo de fundição em areia, incluindo os passos envolvidos, como a preparação do molde de areia, a colocação do material fundido e a solidificação. Discuta as vantagens desse método, como a flexibilidade de produção, o custo relativamente baixo e a possibilidade de criar peças de grande porte. Também aborde os desafios, como a necessidade de pós-tratamento e a limitação em termos de complexidade das formas produzidas. Explique as principais aplicações da fundição em areia na indústria.

 

– Fundição por Cera Perdida: explique o processo de fundição por cera perdida, que envolve a criação de um modelo em cera, o revestimento cerâmico, a remoção da cera e o despejo do material fundido no molde. Destaque as vantagens desse método, como a precisão dimensional, a capacidade de produzir peças complexas e a excelente qualidade superficial. Discuta os desafios, como a necessidade de maior tempo e custo de produção, bem como a limitação em termos de tamanho das peças. Apresente as principais aplicações da fundição por cera perdida na indústria.

 

– Fundição em Molde Metálico: descreva o processo de fundição em molde metálico, que utiliza moldes permanentes feitos de metal, como aço ou ferro fundido. Explique as etapas envolvidas, incluindo a preparação do molde, o despejo do material fundido e a extração da peça. Aborde as vantagens desse método, como a alta precisão dimensional, a boa qualidade superficial e a possibilidade de produção em grande escala. Discuta os desafios, como a maior complexidade e custo na fabricação dos moldes metálicos. Apresente as principais aplicações da fundição em molde metálico na indústria.

 

ETAPA 2: Projeto de Fundição

 

Nesta etapa, iremos abordar um experimento sobre processo de fundição. Para isso, acesse o laboratório virtual denominado “PROJETO DE FUNDIÇÃO”. Ao abrir ele, você irá fundir uma peça metálica utilizando um molde de areia verde.

 

Durante o experimento, você realizará os seguintes procedimentos:

 

– Transferindo areia para a caixa 1: despeje água na bacia que contém areia e misture com a concha. Posicione o molde 1 na caixa 1 e, em seguida, aplique talco sobre o molde. Com a concha, adicione uma camada de areia sobre o molde e compacte essa camada com o bastão de madeira. Adicione outra camada de areia com a concha e compacte novamente.

– Transferindo areia para a caixa 2: rotacione a caixa 1 deforma que o molde fique visível. Acople a caixa 2 sobre a caixa 1 e posicione o molde 2. Pulverize talco sobre o molde e posicione os canos de PVC. Com a concha, adicione 2 camadas de areia, compactando cada uma delas com o bastão de madeira. Remova os canos PVC e desacople a caixa 2. Escave a passagem com a espátula e retire os moldes.

– Transferindo areia para o molde macho: aplique talco sobre o molde macho. Com a concha, adicione 2 camadas de areia, compactando cada uma delas com o bastão de madeira. Retire o macho do molde e posicione-o na caixa 1. Acople novamente a caixa 2 e posicione os massalotes na caixa.

– Vertendo o metal líquido: utilize a tenaz para remover o cadinho do forno de fundição e verta o metal líquido no molde. Aguarde uma hora, quebre o molde e retire a peça pronta.

 

Atividade da ETAPA 2: Realizando o processo de fundição

 

Nesta etapa da atividade, sua tarefa será executar o experimento “Projeto de fundição” presente no simulador virtual. Para realizar o experimento, abra o laboratório virtual e siga o roteiro de experimentos. Nele você irá encontrar o passo a passo de como deve ser executada as etapas para o correto funcionamento do experimento.

 

Após ler as instruções do roteiro, abra o experimento e execute os passos para realizar a fundição da sua peça metálica.

 

Ao final do experimento, responda às seguintes questões:

 

1. Descreva como foram realizadas as etapas do experimento, dizendo o que foi feito desde o início, até o final do experimento.
2. Ocorreram defeitos na peça? Se sim, como seria possível evitá-los?
3. De que material foi fabricado o macho e por quê?

 

ETAPA 3: Reflexão e Análise do Processo de Fundição em Areia Verde

 

Após concluir o experimento no laboratório virtual, onde fundiu uma peça utilizando a técnica de moldagem em areia verde, é importante refletir sobre os aspectos e etapas envolvidas neste processo. A moldagem em areia verde é um método amplamente utilizado na indústria de fundição devido à sua versatilidade e custo-benefício. No experimento, você pôde observar desde a preparação da mistura de areia e argila até o vazamento do metal fundido no molde e o subsequente resfriamento e solidificação da peça.

 

Agora, para consolidar seu entendimento sobre este processo de fundição, você deve responder a algumas perguntas específicas. Essas questões abordarão desde os fundamentos teóricos da moldagem em areia verde até as particularidades observadas durante o experimento virtual. Essa reflexão não só reforçará os conceitos aprendidos, mas também permitirá uma compreensão mais profunda das aplicações práticas e dos desafios deste método de fundição. Vamos, então, explorar as perguntas e analisar os detalhes que fazem da moldagem em areia verde uma técnica fundamental na fabricação de componentes metálicos.

 

Atividade da ETAPA 3: Explorando a Fundição em Areia Verde

Para consolidar o seu aprendizado, responda às seguintes perguntas sobre a fundição usando molde de areia verde.

 

1. Um defeito característico e muito comum no processo de fundição é o rechupe, que se manifesta como uma depressão na superfície ou um vazio interno na peça fundida. Este defeito ocorre devido à contração do metal durante a solidificação. Qual é a forma mais comum utilizada para prevenir essa falha?
2. A compactação da areia verde pode ser realizada manualmente ou com o auxílio de máquinas. Qual é a composição básica dessa mistura?
3. Na fundição por gravidade, o metal é vazado utilizando apenas a força da gravidade. Considerando o processo realizado no laboratório, em que momento é mais adequado utilizar o modelo de fundição?
4. A delaminação ocorre quando duas porções do material fundido se encontram, mas não se fundem corretamente devido a uma solidificação prematura. Quais são as causas mais comuns desse defeito?
5. Explique a importância de manter o metal no ponto correto de fluidez durante a etapa de vazamento. Em relação às temperaturas críticas no processo de fundição, quais delas devem ser monitoradas com atenção?

 

FINALIZAÇÃO

Concluir esta atividade, que combinou a descrição dos principais processos de fundição, a prática de construção de um molde de areia verde e a resolução de questões teóricas, foi uma experiência enriquecedora e essencial para o seu aprendizado na disciplina de Processos de Fabricação Mecânica.

 

Ao descrever os processos de fundição, você consolidou seu entendimento teórico sobre as diversas técnicas e suas aplicações industriais, compreendendo as vantagens e desafios de cada método. Este conhecimento teórico é fundamental para a identificação de processos apropriados para diferentes tipos de peças e materiais, uma habilidade crucial para qualquer engenheiro ou técnico em fabricação mecânica.

 

A etapa prática de construção de um molde de areia verde e a subsequente fundição de uma peça de metal permitiram que você aplicasse o conhecimento teórico em um cenário realista. Esta experiência prática é vital para a compreensão das nuances e dificuldades do processo de fundição, proporcionando uma visão mais completa e concreta do que foi estudado teoricamente. A prática reforça a teoria, permitindo que você visualize e manipule os materiais e técnicas estudadas, e enfrentando problemas práticos que podem surgir durante a fabricação.

 

Finalmente, responder às questões relacionadas ao processo de fundição consolidou ainda mais seu entendimento, incentivando a reflexão crítica sobre o que foi aprendido. A capacidade de identificar e solucionar problemas, como a delaminação e o rechupe, e de compreender a importância das temperaturas de fusão, solidificação e superaquecimento, são competências essenciais que se desenvolvem através desse tipo de atividade.

 

A integração de teoria, prática e reflexão crítica em uma única atividade oferece um aprendizado holístico e profundo, preparando-o para enfrentar os desafios reais da indústria de fabricação mecânica. Compreender e dominar os processos de fundição é fundamental para a produção eficiente e de alta qualidade de componentes metálicos, e essa atividade é um passo importante nesse caminho. A combinação desses elementos fortalece sua base de conhecimentos e habilidades, essenciais para seu sucesso acadêmico e profissional na área de processos de fabricação mecânica. Parabéns por concluir essa atividade! Continue explorando e aprimorando seus conhecimentos em engenharia mecânica e engenharia de produção, pois eles são essenciais para uma carreira sólida e de sucesso na indústria.

 

Um abraço!

Professor Plínio Vieira