Roteiro de Aula Prática Fundição e Processos Siderúrgicos
O “Roteiro de Aula Prática – Fundição e Processos Siderúrgicos” para o curso de Engenharia Mecânica da Anhanguera e Unopar é um material didático desenvolvido para proporcionar aos estudantes uma compreensão aprofundada dos processos de fundição e suas aplicações na indústria siderúrgica. Este roteiro orienta os alunos na realização de atividades práticas que envolvem desde o dimensionamento de massalotes e sistemas de canais até a execução de fundições em areia verde, permitindo que eles apliquem conceitos teóricos em situações simuladas ou reais.
O objetivo principal deste roteiro é familiarizar os alunos com as técnicas de fundição, destacando a importância de um planejamento adequado para garantir a integridade e a qualidade das peças fundidas. Através de exercícios práticos e simulações, os estudantes aprendem a projetar sistemas de canais, a calcular tempos de solidificação, e a entender o impacto das variáveis do processo na fabricação de componentes metálicos complexos.
Portfólio Fundição e Processos Siderúrgicos
Roteiro Aula Prática
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)Público 3
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,Público 4
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;
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 massalotesPúblico 6
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.Público 7
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)Público 8
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 borboletaPúblico 9
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
Figura 5 – (a) Raio de ação em função da espessura de uma placa de aço e (b) Efeito do
resfriador
PROJETO DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTES
• DADOS PARA O DIMENSIONAMENTO
• Coeficiente de contração do cobre = 1,14
• rcilindros = 1,94 cm
• hcilindros = 2,5 cm
• rtampa = 0,775 cm
• hborboleta = 7,16 cm
• Hsist.canais = 4,5 cm
DETERMINAÇÃO DO MASSALOTE
Devemos assumir que a peça será alimentada com ataque por baixo através do
massalote, devido a indicação de aplicação para o latão, cobre e alumínio.
Para iniciar o dimensionamento, devemos calcular o módulo do cilindro e das borboletas
usando as dimensões obtidas no desenho da peça. O módulo está definido como:
• Módulo dos cilindros
• Módulo das borboletas
Para calcular a área efetiva que dissipa calor deve se levar a consideração que uma
das tampas (a que une o cilindro com a borboleta) não dissipa calor, pois não está em
contato direito com o molde, assim:
As hastes são as primeiras a se solidificarem por possuírem um menor módulo e
consequentemente, devido a possuir um módulo maior o cilindro solidifica por último.
No cilindro encontramos o ponto quente da peça, ou seja, está é a região da peça que
deve ser alimentada e corresponde ao lugar onde o massalote será acoplado.
• Módulo do Massalote
Assim se assegura o cumprimento do requisito térmico, pois o módulo do
massalote deve ser maior que o módulo da parte da peça a ser alimentada. Sendo
o tempo de solidificação do massalote maior que o da parte a ser alimentada.
Conhecendo o módulo (M) do massalote podem-se calcular as dimensões do
alimentador.
Com I área da seção estrangulada.
Pode-se observar que para cumprir os requisitos térmicos o massalote lateral cego
precisa tanto um diâmetro quanto uma altura maior que o massalote de topo aberto, o
que afetará a eficiência em termos econômicos.
• Regra da ContraçãoPúblico 13
k” = 6; para as condições do massalote escolhido, neste projeto o caso geral.
r = 5; coeficiente de contração volumétrica do cobre.
No requisito volumétrico, também foi obtido êxito, pois no cálculo de regra da contração,
o volume do massalote excedeu o volume total da peça. Tendo o massalote, a quantidade
de metal líquido suficiente, para compensar a contração volumétrica.
• VOLUME DO MASSALOTE
• TEMPO DE SOLIDIFICAÇÃO
Para ter certeza de que o massalote serve como reservatório de metal líquido
enquanto a peça solidifica, é necessário calcular o tempo de solidificação da parte
a ser alimentada assim como do massalote. A continuação se apresenta os
cálculos realizados para sabermos o tempo em que a peça e massalote se
solidificam:
Onde: K – coeficiente de tempo de solidificação.
Aqui é importante determinar o tempo de solidificação para o cilindro (peça de
maior volume) e do massalote.
• SISTEMA DE CANAIS
Serão avaliados os sistemas pressurizados e não pressurizados, portanto é
necessário identificar as seções transversais do sistema de alimentação. Na
Figura, podemos observar as áreas da base do canal de descida, do canal de
distribuição e do ataque, para ambos os sistemas. A razão usada para o sistema
pressurizado foi 1:0,75:0,5 e para o sistema não pressurizado foi de 1:3:3.Público 14
Figura 6 – a) Sistema Pressurizado – razão 1:0.75:0.5 e (b) Sistema Não
Pressurizado – razão 1:3:3
• Sistema Pressurizado
• Sistema Não – Pressurizado
• MASSA DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTESPúblico 15
O cálculo de massas foi realizado com o valor da densidade do cobre fundido, sendo de
8,85 g/cm³, por volumes respectivos.
• Massa dos alimentadores (topo e lateral)
• Massa dos sistemas de canais
(a) Sistema Pressurizado
(b) Sistema Não-Pressurizado
• EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTES
A partir destas massas, calculamos a eficiência de cada um desses
sistemas, a fim de determinar qual garante a melhor eficiência.
A partir da soma de todas as massas que compõem o sistema de fundição da peça
atracador – porca borboleta se obteve uma massa total. Em seguida calculamos a
eficiência para cada sistema e respectivos massalotes, onde a massa da peça foi
dividida a massa total.
Figura 7 – Eficiência dos sistemas de alimentação para fundição da peça atracadorporca borboleta
Pressurizado com massalote de topo
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Pressurizado com massalote de lateral (cego)
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Não- Pressurizado com massalote de topo
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Pressurizado com massalote de lateral (cego)
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙Público 16
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 (obrigatório – aparecer para todos)
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno compreenda os conceitos por trás do dimensionamento
para aplicação da fundição.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Olá, estudante, como vai?
Para esta aula, você deverá elaborar um relatório detalhado contendo o memorial de cálculos para o
dimensionamento do sistema de canais e do massalote. O relatório deve incluir todas as etapas de cálculo,
desde a determinação dos módulos até o dimensionamento final dos canais e do massalote, conforme
especificado no procedimento prático da aula.
Requisitos do Relatório:
1. Introdução, explicando o que são os massalotes e canais
2. Descrição da peça que será fundida e necessita do projeto de massalotes e canais.
3. Memorial de cálculo do dimensionamento.
4. Discussão sobre a escolha do sistema de canais (pressurizado ou não-pressurizado) e a forma do
massalote.
5. Conclusão resumindo os resultados e aprendizados chave.
OBS: Recomendo o uso de uma planilha eletrônica para auxiliar nos cálculos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição (em abnt) das referências utilizadas
AGOSTINHO, Oswaldo Luiz. Engenharia de fabricação mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier,
2018.
BALDAM, Roquemar de Lima;VIEIRA Estéfano 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.Público 17
GROOVER, Mikell P. Fundamentos da moderna manufatura: versão SI: volume 1. 5. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2017.Público 18
ROTEIRO DE 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 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:
A fundição em areia verde é um processo essencial na fabricação de metais, destacando-se pela
sua versatilidade e custo-eficiência. Essa técnica utiliza uma mistura de areia, argila e água, que
pode ser reutilizada, reduzindo o impacto ambiental. Permite a produção de peças complexas
com alta precisão dimensional, essencial para indústrias como automotiva, aeroespacial e de
equipamentos pesados. A flexibilidade do processo de moldagem e a capacidade de rápida
adaptação a diferentes formas tornam a fundição em areia verde uma escolha preferencial para
prototipagem e produção em pequena escala, garantindo uma implementação eficaz no
desenvolvimento de novos produtos.
Os objetivos desta aula prática, são:
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 (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
Simulador Algetec – 1 para cada computador
SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS)
Infraestrutura mínima necessária para execução.Público 19
VirtuaLab – disponível na Biblioteca Virtual no parceiro ALGETEC – Simulador PROJETO DE
FUNDIÇÃO.
O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório.
Ele deve ser acessado por computador e não deve ser acessado por celular ou tablet. o
requisito mínimo para o seu computador é uma memória ram de 4 gb. O primeiro acesso será
um pouco mais lento, pois alguns plugins são buscados no navegador. A partir do segundo
acesso, a velocidade de abertura dos experimentos será mais rápida.
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 2. Caso utilize o
Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 3. Feche outros programas que podem
sobrecarregar o computador; 4. Verifique se o navegador está atualizado; 5. Realize teste de
velocidade da internet.
EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER
PARA TODOS)
NSA.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS)
Procedimento/Atividade nº 1 (Virtual)
Atividade proposta:
Desenvolver a atividade do laboratório virtual Algetec: PROJETO DE FUNDIÇÃO.
Procedimentos para a realização da atividade:
• Acessar o laboratório virtual Algetec;
• Procurar o laboratório de Engenharia Mecânica;
• Acessar a prática virtual PROJETO DE FUNDIÇÃO que está disponível na Biblioteca
Virtual ALGETEC;Público 20
Link do vídeo ilustrativo da aula:
Passo-a-passo do procedimento para a execução da atividade/procedimento prático.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Para Callister (2002), “a fundição é um processo de fabricação no qual um metal
totalmente fundido é derramado no interior da cavidade de um molde que possui a forma
desejada; com a solidificação, o metal assume a forma do molde, porém experimenta algum
encolhimento”.
Nos processos de fundição, é fundamental conhecer qual metal será vazado, pois para
cada material existem moldes distintos, bem como métodos e processos específicos.
Dentro desse cenário, destacam-se:
• O molde em areia com diferentes elementos ligantes: para a fabricação das peças
oriundas desse molde, é necessária a confecção de um molde para cada, que é
descartado após o vazamento do material;
• O molde em areia sem elementos de liga: o seu método de fabricação é
semelhante ao molde em areia com elementos ligantes, sendo necessária a
compactação da areia, que, por sua vez, utiliza um equipamento de pressão
mecânica; após o seu vazamento, é indispensável fabricar um novo molde;
• O molde cerâmico: nesse processo são utilizados modelos permanentes,
formados por materiais cerâmicos, contando em sua composição com lamaPúblico 21
cerâmica e usando elementos ligantes específicos com granulometrias
controladas.
Na fundição por gravidade, como apresentado na Figura 1, o metal é vazado
utilizando a própria ação da gravidade. Nesse processo, o molde é impermeável e,
considerando essa característica, apresenta dificuldades da saída do ar na hora do
vazamento. Por esse motivo, é importante trabalhar com respiros no molde, assim como
controlar a velocidade do vazamento e em relação à sua inclinação.
Figura 8 – Processo de fundição por gravidade.
Na Figura 2 é apresentado o fluxo das operações fundamentais para a produção
de uma peça pela maioria dos processos de fundição.Público 22
Figura 9 – Fluxo do processo de fundição.
Na etapa de moldagem, o molde apresenta a cavidade com as características
geométricas da peça a ser fabricada. Para moldes de areia, geralmente a produção
apresenta parâmetros de produtividade de baixa escala. Com isso, são usados modelos
no formato da peça a ser produzida, que comumente é de madeira, auxiliando a
conformação da areia no molde. Quando há alguma parte oca na peça a ser produzida,
é feito um macho, que é uma peça de areia aglomerada. O nome dessa etapa é
“macharia”. É importante conhecer o fator de contração dos materiais no processo de
fundição, pois, quando estes se solidificam e resfriam, há um processo de contração
dimensional volumétrica da peça, e entender essa contração é fundamental para obter
as medidas corretas da peça a ser fabricada. Por exemplo, a contração linear dos aços
fundidos varia em torno de volume no estado sólido de 2,18 a 2,47%. Em relação aos
ferros fundidos, sua contração sólida linear varia entre 1 a 1,5% do seu volume.
Cabe salientar que a etapa de moldagem em areia verde é o processo mais
utilizado dentro da fundição, devido à sua baixa complexidade, mas também por ter uma
baixa resistência mecânica, além de umidade em sua composição. De acordo com
Kiminami, Castro e Oliveira (2013), a compactação da areia verde pode ser realizadaPúblico 23
manualmente ou por auxílio de máquinas para moldar, e a mistura é composta
basicamente de 100 partes de areia silicosa, 20 partes de argila (a mais usada é a
bentonita) e 4 partes de água.
Na etapa de vazamento, o material fundido deve preencher todas as partes da
cavidade antes da sua solidificação. Se essa parte do processo do material líquido não
for bem controlada, a peça gerada poderá apresentar imperfeições em sua forma. Esse
controle deve ser realizado ao ponto de fluidez do material. Cabe salientar que cada
material tem um ponto de fluidez característico, dependendo dos seus elementos de liga,
da sua temperatura de fusão, da sua temperatura de solidificação e, principalmente, da
sua temperatura de superaquecimento.
Após o resfriamento e a solidificação, ocorre a desmoldagem, retirando a peça do
molde e, porventura, do macho (se houver); essa atividade pode ser manual ou mecânica.
Por fim, ocorre a rebarbação e a limpeza da peça, em que são retirados os canais de
alimentação do material fundido, além de massalotes e rebarbas que se formaram no
processo de fundição, bem como possíveis incrustações do molde na peça fundida.
PASSOS PARA A REALIAÇÃO DA PRÁTICA – PROJETO DE FUNDIÇÃO
• TRANSFERINDO AREIA PARA A CAIXA 1
• Despeje a água na bacia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
béquer.
• Misture a areia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a concha e
selecionando
• a opção “Misturar areia”.
• Posicione o molde 1 na caixa clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele
e selecionando a opção “Colocar na caixa”.
• Aplique talco sobre o molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
frasco com talco e selecionando a opção “Colocar na caixa 1”.
• Coloque uma camada de areia na caixa 1 clicando com o botão esquerdo do
mouse sobre a concha e selecionando a opção “Colocar areia na caixa 1”.
• Compacte a camada de areia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
bastão de madeira e selecionando a opção “Compactar areia da caixa 1”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia na caixa 1 com a
concha e compactar com o bastão de madeira.
• TRANSFERINDO AREIA PARA A CAIXA 2
• Rotacione a caixa 1 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela.Público 24
• Acople a caixa 2 sobre a caixa 1 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
a caixa 2 e selecionando a opção “Acoplar na caixa 1”.
• Posicione o molde 2 na caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
o molde e selecionando a opção “Colocar na caixa”.
• Aplique talco sobre o molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
frasco com talco e selecionando a opção “Colocar na caixa 2”.
• Posicione os canos de PVC na caixa clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre eles
• e selecionando a opção “Colocar tubos de PVC”.
• Adicione uma camada de areia na caixa 2 clicando com o botão esquerdo do
mouse sobre a concha e selecionando a opção “Colocar areia na caixa 2”.
• Compacte a camada clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o bastão
de madeira e selecionando a opção “Compactar areia da caixa 2”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
• Remova os canos de PVC clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles
e selecionando a opção “Retirar tubos de PVC”.
• Desacople a caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela e
selecionando a opção “Colocar na bancada”.
• Escave a passagem clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a espátula.
• Retire os dois moldes da caixa clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
cada um deles e selecionando a opção “Tirar da caixa”.
• TRANSFERINDO AREIA PARA O MOLDE MACHO
• Aplique talco sobre o molde macho clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre o frasco com talco e selecionando a opção “Colocar no molde”
• Preencha o molde macho com areia clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre a
concha e selecionando a opção “Colocar areia no molde”.
• Compacte a areia do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
bastão de madeira e selecionando a opção “Compactar areia do molde”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
• Retire o macho do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
molde.
• Acople novamente a caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a
caixa 2 e selecionando a opção “Acoplar na caixa 1”.
• Posicione os massalotes clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles.
• FUSÃO (ENVASE) DO METAL LÍQUIDO
• Visualize o forno clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“Forno” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da
tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+6”.
• Abra o forno clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele.
• Verta o metal líquido no molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a
tenaz.
• Perceba que surgirá uma janela no canto superior direito da tela com o cronômetro.
Aguarde até que essa janela desapareça.
• Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o
nome “Bancada” ou através do atalho do teclado “Alt+1”.
• Retire a peça do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a areia.
Checklist:
1. Misturar areia
2. Posicione o molde 1 na caixa 1
3. Aplique talco sobre o molde
4. Coloque uma camada de areia na caixa 1
5. Compacte a camada de areia
6. Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia na caixa 1 com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
7. Rotacione a caixa 1
8. Acople a caixa 2 sobre a caixa 1
9. Posicione o molde 2 na caixa 2
10. Aplique talco sobre o molde
11. Posicione os canos de PVC
12. Adicione uma camada de areia na caixa 2
13. Compacte a camada
14. Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e compactar
com o bastão de madeira.
15. Remova os canos de PVC
16. Desacople a caixa 2
17. Escave a passagem
18. Retire os dois moldes da caixa
19. Aplique talco sobre o molde macho e preencha com areia
20. Compacte a areia do macho
21. Retire o macho do molde
22. Acople novamente a caixa 2
23. Posicione os massalotes
24. Pegue o metal líquido do forno e faça a fusão no molde, aguarde o término do
cronometro
25. Retire a peça do molde
RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos)
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno assimile os conceitos por trás da fundição em areia verde,
por meio experimental.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Prezados alunos,
Como parte do nosso curso de Fundição e Processos Siderúrgicos, realizaremos uma simulação
prática do processo de fundição em areia verde utilizando o simulador Algetec. Esta atividade é
crucial para entender as nuances técnicas e práticas deste método de fundição.
Atividade Proposta:
Você deve elaborar um relatório detalhado da simulação realizada. O relatório deverá seguir a
estrutura fornecida, incluindo uma análise detalhada de cada etapa do processo simulado,
acompanhada de capturas de tela, e uma resposta ao Questionário de Autoavaliação.
Instruções Específicas:
1. Siga a estrutura do relatório fornecida.
2. Inclua evidências visuais (capturas de tela) das etapas chave da simulação.
3. Responda ao Questionário de Autoavaliação de maneira reflexiva e crítica.
4. Formate o relatório conforme as normas ABNT e submeta-o em formato PDF.
Estrutura do Relatório:
1. Introdução:
o Breve descrição do processo de fundição em areia verde.Público 27
o Objetivos da simulação realizada.
2. Descrição Detalhada do Procedimento:
o Detalhamento da Simulação (Qual é a plataforma de simulação? Qual o processo
simulado? Quais peças serão fundidas?)
o Passo a passo das etapas seguidas na simulação, incluindo preparação do
molde, compactação da areia, vazamento do metal, e quaisquer outras etapas
relevantes.
o Capturas de tela que ilustram cada etapa importante.
3. Questionário de Autoavaliação:
o Q1: Qual foi a parte mais desafiadora da simulação para você e por quê?
o Q2: Como você avalia a utilidade da simulação para o entendimento do processo
de fundição em areia verde?
o Q3: Houve alguma discrepância entre a teoria aprendida e a prática simulada?
Se sim, como isso afetou seu aprendizado?
o Q4: Que habilidades você acredita ter desenvolvido com esta atividade?
o Q5: Como você aplicaria os conhecimentos adquiridos nesta simulação em um
contexto real de engenharia?
4. Conclusão:
o Resumo das principais aprendizagens e reflexões pessoais sobre a experiência
de simulação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição (em abnt) das referências utilizadas
AGOSTINHO, Oswaldo Luiz. Engenharia de fabricação mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier,
2018.
BALDAM, Roquemar de Lima;VIEIRA Estéfano 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.
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)Público 3
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,Público 4
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;
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 massalotesPúblico 6
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.Público 7
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)Público 8
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 borboletaPúblico 9
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
Figura 5 – (a) Raio de ação em função da espessura de uma placa de aço e (b) Efeito do
resfriador
PROJETO DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTES
• DADOS PARA O DIMENSIONAMENTO
• Coeficiente de contração do cobre = 1,14
• rcilindros = 1,94 cm
• hcilindros = 2,5 cm
• rtampa = 0,775 cm
• hborboleta = 7,16 cm
• Hsist.canais = 4,5 cm
DETERMINAÇÃO DO MASSALOTE
Devemos assumir que a peça será alimentada com ataque por baixo através do
massalote, devido a indicação de aplicação para o latão, cobre e alumínio.
Para iniciar o dimensionamento, devemos calcular o módulo do cilindro e das borboletas
usando as dimensões obtidas no desenho da peça. O módulo está definido como:
• Módulo dos cilindros
• Módulo das borboletas
Para calcular a área efetiva que dissipa calor deve se levar a consideração que uma
das tampas (a que une o cilindro com a borboleta) não dissipa calor, pois não está em
contato direito com o molde, assim:
As hastes são as primeiras a se solidificarem por possuírem um menor módulo e
consequentemente, devido a possuir um módulo maior o cilindro solidifica por último.
No cilindro encontramos o ponto quente da peça, ou seja, está é a região da peça que
deve ser alimentada e corresponde ao lugar onde o massalote será acoplado.
• Módulo do Massalote
Assim se assegura o cumprimento do requisito térmico, pois o módulo do
massalote deve ser maior que o módulo da parte da peça a ser alimentada. Sendo
o tempo de solidificação do massalote maior que o da parte a ser alimentada.
Conhecendo o módulo (M) do massalote podem-se calcular as dimensões do
alimentador.
Com I área da seção estrangulada.
Pode-se observar que para cumprir os requisitos térmicos o massalote lateral cego
precisa tanto um diâmetro quanto uma altura maior que o massalote de topo aberto, o
que afetará a eficiência em termos econômicos.
• Regra da ContraçãoPúblico 13
k” = 6; para as condições do massalote escolhido, neste projeto o caso geral.
r = 5; coeficiente de contração volumétrica do cobre.
No requisito volumétrico, também foi obtido êxito, pois no cálculo de regra da contração,
o volume do massalote excedeu o volume total da peça. Tendo o massalote, a quantidade
de metal líquido suficiente, para compensar a contração volumétrica.
• VOLUME DO MASSALOTE
• TEMPO DE SOLIDIFICAÇÃO
Para ter certeza de que o massalote serve como reservatório de metal líquido
enquanto a peça solidifica, é necessário calcular o tempo de solidificação da parte
a ser alimentada assim como do massalote. A continuação se apresenta os
cálculos realizados para sabermos o tempo em que a peça e massalote se
solidificam:
Onde: K – coeficiente de tempo de solidificação.
Aqui é importante determinar o tempo de solidificação para o cilindro (peça de
maior volume) e do massalote.
• SISTEMA DE CANAIS
Serão avaliados os sistemas pressurizados e não pressurizados, portanto é
necessário identificar as seções transversais do sistema de alimentação. Na
Figura, podemos observar as áreas da base do canal de descida, do canal de
distribuição e do ataque, para ambos os sistemas. A razão usada para o sistema
pressurizado foi 1:0,75:0,5 e para o sistema não pressurizado foi de 1:3:3.Público 14
Figura 6 – a) Sistema Pressurizado – razão 1:0.75:0.5 e (b) Sistema Não
Pressurizado – razão 1:3:3
• Sistema Pressurizado
• Sistema Não – Pressurizado
• MASSA DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTESPúblico 15
O cálculo de massas foi realizado com o valor da densidade do cobre fundido, sendo de
8,85 g/cm³, por volumes respectivos.
• Massa dos alimentadores (topo e lateral)
• Massa dos sistemas de canais
(a) Sistema Pressurizado
(b) Sistema Não-Pressurizado
• EFICIÊNCIA DO SISTEMA DE CANAIS E MASSALOTES
A partir destas massas, calculamos a eficiência de cada um desses
sistemas, a fim de determinar qual garante a melhor eficiência.
A partir da soma de todas as massas que compõem o sistema de fundição da peça
atracador – porca borboleta se obteve uma massa total. Em seguida calculamos a
eficiência para cada sistema e respectivos massalotes, onde a massa da peça foi
dividida a massa total.
Figura 7 – Eficiência dos sistemas de alimentação para fundição da peça atracadorporca borboleta
Pressurizado com massalote de topo
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Pressurizado com massalote de lateral (cego)
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Não- Pressurizado com massalote de topo
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
Pressurizado com massalote de lateral (cego)
Mtotal = Mpeça + Mmassalote +
Msistemacanais
𝜂 = 𝑀𝑝𝑒ç𝑎/𝑀𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙Público 16
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 (obrigatório – aparecer para todos)
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno compreenda os conceitos por trás do dimensionamento
para aplicação da fundição.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Olá, estudante, como vai?
Para esta aula, você deverá elaborar um relatório detalhado contendo o memorial de cálculos para o
dimensionamento do sistema de canais e do massalote. O relatório deve incluir todas as etapas de cálculo,
desde a determinação dos módulos até o dimensionamento final dos canais e do massalote, conforme
especificado no procedimento prático da aula.
Requisitos do Relatório:
1. Introdução, explicando o que são os massalotes e canais
2. Descrição da peça que será fundida e necessita do projeto de massalotes e canais.
3. Memorial de cálculo do dimensionamento.
4. Discussão sobre a escolha do sistema de canais (pressurizado ou não-pressurizado) e a forma do
massalote.
5. Conclusão resumindo os resultados e aprendizados chave.
OBS: Recomendo o uso de uma planilha eletrônica para auxiliar nos cálculos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição (em abnt) das referências utilizadas
AGOSTINHO, Oswaldo Luiz. Engenharia de fabricação mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier,
2018.
BALDAM, Roquemar de Lima;VIEIRA Estéfano 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.Público 17
GROOVER, Mikell P. Fundamentos da moderna manufatura: versão SI: volume 1. 5. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2017.Público 18
ROTEIRO DE 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 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:
A fundição em areia verde é um processo essencial na fabricação de metais, destacando-se pela
sua versatilidade e custo-eficiência. Essa técnica utiliza uma mistura de areia, argila e água, que
pode ser reutilizada, reduzindo o impacto ambiental. Permite a produção de peças complexas
com alta precisão dimensional, essencial para indústrias como automotiva, aeroespacial e de
equipamentos pesados. A flexibilidade do processo de moldagem e a capacidade de rápida
adaptação a diferentes formas tornam a fundição em areia verde uma escolha preferencial para
prototipagem e produção em pequena escala, garantindo uma implementação eficaz no
desenvolvimento de novos produtos.
Os objetivos desta aula prática, são:
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 (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
Simulador Algetec – 1 para cada computador
SOLUÇÃO DIGITAL (OBRIGATÓRIO SE HOUVER – APARECER PARA TODOS)
Infraestrutura mínima necessária para execução.Público 19
VirtuaLab – disponível na Biblioteca Virtual no parceiro ALGETEC – Simulador PROJETO DE
FUNDIÇÃO.
O laboratório virtual é uma plataforma para simulação de procedimentos em laboratório.
Ele deve ser acessado por computador e não deve ser acessado por celular ou tablet. o
requisito mínimo para o seu computador é uma memória ram de 4 gb. O primeiro acesso será
um pouco mais lento, pois alguns plugins são buscados no navegador. A partir do segundo
acesso, a velocidade de abertura dos experimentos será mais rápida.
1. Caso utilize o Windows 10, dê preferência ao navegador Google Chrome; 2. Caso utilize o
Windows 7, dê preferência ao navegador Mozilla Firefox; 3. Feche outros programas que podem
sobrecarregar o computador; 4. Verifique se o navegador está atualizado; 5. Realize teste de
velocidade da internet.
EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI) (CAMPO OBRIGATÓRIO – APARECER
PARA TODOS)
NSA.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS (OBRIGATÓRIO – TODOS)
Procedimento/Atividade nº 1 (Virtual)
Atividade proposta:
Desenvolver a atividade do laboratório virtual Algetec: PROJETO DE FUNDIÇÃO.
Procedimentos para a realização da atividade:
• Acessar o laboratório virtual Algetec;
• Procurar o laboratório de Engenharia Mecânica;
• Acessar a prática virtual PROJETO DE FUNDIÇÃO que está disponível na Biblioteca
Virtual ALGETEC;Público 20
Link do vídeo ilustrativo da aula:
Passo-a-passo do procedimento para a execução da atividade/procedimento prático.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
Para Callister (2002), “a fundição é um processo de fabricação no qual um metal
totalmente fundido é derramado no interior da cavidade de um molde que possui a forma
desejada; com a solidificação, o metal assume a forma do molde, porém experimenta algum
encolhimento”.
Nos processos de fundição, é fundamental conhecer qual metal será vazado, pois para
cada material existem moldes distintos, bem como métodos e processos específicos.
Dentro desse cenário, destacam-se:
• O molde em areia com diferentes elementos ligantes: para a fabricação das peças
oriundas desse molde, é necessária a confecção de um molde para cada, que é
descartado após o vazamento do material;
• O molde em areia sem elementos de liga: o seu método de fabricação é
semelhante ao molde em areia com elementos ligantes, sendo necessária a
compactação da areia, que, por sua vez, utiliza um equipamento de pressão
mecânica; após o seu vazamento, é indispensável fabricar um novo molde;
• O molde cerâmico: nesse processo são utilizados modelos permanentes,
formados por materiais cerâmicos, contando em sua composição com lamaPúblico 21
cerâmica e usando elementos ligantes específicos com granulometrias
controladas.
Na fundição por gravidade, como apresentado na Figura 1, o metal é vazado
utilizando a própria ação da gravidade. Nesse processo, o molde é impermeável e,
considerando essa característica, apresenta dificuldades da saída do ar na hora do
vazamento. Por esse motivo, é importante trabalhar com respiros no molde, assim como
controlar a velocidade do vazamento e em relação à sua inclinação.
Figura 8 – Processo de fundição por gravidade.
Na Figura 2 é apresentado o fluxo das operações fundamentais para a produção
de uma peça pela maioria dos processos de fundição.Público 22
Figura 9 – Fluxo do processo de fundição.
Na etapa de moldagem, o molde apresenta a cavidade com as características
geométricas da peça a ser fabricada. Para moldes de areia, geralmente a produção
apresenta parâmetros de produtividade de baixa escala. Com isso, são usados modelos
no formato da peça a ser produzida, que comumente é de madeira, auxiliando a
conformação da areia no molde. Quando há alguma parte oca na peça a ser produzida,
é feito um macho, que é uma peça de areia aglomerada. O nome dessa etapa é
“macharia”. É importante conhecer o fator de contração dos materiais no processo de
fundição, pois, quando estes se solidificam e resfriam, há um processo de contração
dimensional volumétrica da peça, e entender essa contração é fundamental para obter
as medidas corretas da peça a ser fabricada. Por exemplo, a contração linear dos aços
fundidos varia em torno de volume no estado sólido de 2,18 a 2,47%. Em relação aos
ferros fundidos, sua contração sólida linear varia entre 1 a 1,5% do seu volume.
Cabe salientar que a etapa de moldagem em areia verde é o processo mais
utilizado dentro da fundição, devido à sua baixa complexidade, mas também por ter uma
baixa resistência mecânica, além de umidade em sua composição. De acordo com
Kiminami, Castro e Oliveira (2013), a compactação da areia verde pode ser realizadaPúblico 23
manualmente ou por auxílio de máquinas para moldar, e a mistura é composta
basicamente de 100 partes de areia silicosa, 20 partes de argila (a mais usada é a
bentonita) e 4 partes de água.
Na etapa de vazamento, o material fundido deve preencher todas as partes da
cavidade antes da sua solidificação. Se essa parte do processo do material líquido não
for bem controlada, a peça gerada poderá apresentar imperfeições em sua forma. Esse
controle deve ser realizado ao ponto de fluidez do material. Cabe salientar que cada
material tem um ponto de fluidez característico, dependendo dos seus elementos de liga,
da sua temperatura de fusão, da sua temperatura de solidificação e, principalmente, da
sua temperatura de superaquecimento.
Após o resfriamento e a solidificação, ocorre a desmoldagem, retirando a peça do
molde e, porventura, do macho (se houver); essa atividade pode ser manual ou mecânica.
Por fim, ocorre a rebarbação e a limpeza da peça, em que são retirados os canais de
alimentação do material fundido, além de massalotes e rebarbas que se formaram no
processo de fundição, bem como possíveis incrustações do molde na peça fundida.
PASSOS PARA A REALIAÇÃO DA PRÁTICA – PROJETO DE FUNDIÇÃO
• TRANSFERINDO AREIA PARA A CAIXA 1
• Despeje a água na bacia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
béquer.
• Misture a areia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a concha e
selecionando
• a opção “Misturar areia”.
• Posicione o molde 1 na caixa clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele
e selecionando a opção “Colocar na caixa”.
• Aplique talco sobre o molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
frasco com talco e selecionando a opção “Colocar na caixa 1”.
• Coloque uma camada de areia na caixa 1 clicando com o botão esquerdo do
mouse sobre a concha e selecionando a opção “Colocar areia na caixa 1”.
• Compacte a camada de areia clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
bastão de madeira e selecionando a opção “Compactar areia da caixa 1”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia na caixa 1 com a
concha e compactar com o bastão de madeira.
• TRANSFERINDO AREIA PARA A CAIXA 2
• Rotacione a caixa 1 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela.Público 24
• Acople a caixa 2 sobre a caixa 1 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
a caixa 2 e selecionando a opção “Acoplar na caixa 1”.
• Posicione o molde 2 na caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
o molde e selecionando a opção “Colocar na caixa”.
• Aplique talco sobre o molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
frasco com talco e selecionando a opção “Colocar na caixa 2”.
• Posicione os canos de PVC na caixa clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre eles
• e selecionando a opção “Colocar tubos de PVC”.
• Adicione uma camada de areia na caixa 2 clicando com o botão esquerdo do
mouse sobre a concha e selecionando a opção “Colocar areia na caixa 2”.
• Compacte a camada clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o bastão
de madeira e selecionando a opção “Compactar areia da caixa 2”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
• Remova os canos de PVC clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles
e selecionando a opção “Retirar tubos de PVC”.
• Desacople a caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ela e
selecionando a opção “Colocar na bancada”.
• Escave a passagem clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a espátula.
• Retire os dois moldes da caixa clicando com o botão esquerdo do mouse sobre
cada um deles e selecionando a opção “Tirar da caixa”.
• TRANSFERINDO AREIA PARA O MOLDE MACHO
• Aplique talco sobre o molde macho clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre o frasco com talco e selecionando a opção “Colocar no molde”
• Preencha o molde macho com areia clicando com o botão esquerdo do mouse
sobre a
concha e selecionando a opção “Colocar areia no molde”.
• Compacte a areia do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
bastão de madeira e selecionando a opção “Compactar areia do molde”.
• Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
• Retire o macho do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre o
molde.
• Acople novamente a caixa 2 clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a
caixa 2 e selecionando a opção “Acoplar na caixa 1”.
• Posicione os massalotes clicando com o botão esquerdo do mouse sobre eles.
• FUSÃO (ENVASE) DO METAL LÍQUIDO
• Visualize o forno clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o nome
“Forno” localizada dentro do painel de visualização no canto superior esquerdo da
tela. Se preferir, também pode ser utilizado o atalho do teclado “Alt+6”.
• Abra o forno clicando com o botão esquerdo do mouse sobre ele.
• Verta o metal líquido no molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a
tenaz.
• Perceba que surgirá uma janela no canto superior direito da tela com o cronômetro.
Aguarde até que essa janela desapareça.
• Visualize a bancada clicando com o botão esquerdo do mouse na câmera com o
nome “Bancada” ou através do atalho do teclado “Alt+1”.
• Retire a peça do molde clicando com o botão esquerdo do mouse sobre a areia.
Checklist:
1. Misturar areia
2. Posicione o molde 1 na caixa 1
3. Aplique talco sobre o molde
4. Coloque uma camada de areia na caixa 1
5. Compacte a camada de areia
6. Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia na caixa 1 com a concha e
compactar com o bastão de madeira.
7. Rotacione a caixa 1
8. Acople a caixa 2 sobre a caixa 1
9. Posicione o molde 2 na caixa 2
10. Aplique talco sobre o molde
11. Posicione os canos de PVC
12. Adicione uma camada de areia na caixa 2
13. Compacte a camada
14. Repita o procedimento para adicionar outra camada de areia com a concha e compactar
com o bastão de madeira.
15. Remova os canos de PVC
16. Desacople a caixa 2
17. Escave a passagem
18. Retire os dois moldes da caixa
19. Aplique talco sobre o molde macho e preencha com areia
20. Compacte a areia do macho
21. Retire o macho do molde
22. Acople novamente a caixa 2
23. Posicione os massalotes
24. Pegue o metal líquido do forno e faça a fusão no molde, aguarde o término do
cronometro
25. Retire a peça do molde
RESULTADOS (obrigatório – aparecer para todos)
Resultados de Aprendizagem:
Espera-se que o aluno assimile os conceitos por trás da fundição em areia verde,
por meio experimental.
ESTUDANTE, VOCÊ DEVERÁ ENTREGAR (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição orientativa sobre a entregada da comprovação da aula prática:
Prezados alunos,
Como parte do nosso curso de Fundição e Processos Siderúrgicos, realizaremos uma simulação
prática do processo de fundição em areia verde utilizando o simulador Algetec. Esta atividade é
crucial para entender as nuances técnicas e práticas deste método de fundição.
Atividade Proposta:
Você deve elaborar um relatório detalhado da simulação realizada. O relatório deverá seguir a
estrutura fornecida, incluindo uma análise detalhada de cada etapa do processo simulado,
acompanhada de capturas de tela, e uma resposta ao Questionário de Autoavaliação.
Instruções Específicas:
1. Siga a estrutura do relatório fornecida.
2. Inclua evidências visuais (capturas de tela) das etapas chave da simulação.
3. Responda ao Questionário de Autoavaliação de maneira reflexiva e crítica.
4. Formate o relatório conforme as normas ABNT e submeta-o em formato PDF.
Estrutura do Relatório:
1. Introdução:
o Breve descrição do processo de fundição em areia verde.Público 27
o Objetivos da simulação realizada.
2. Descrição Detalhada do Procedimento:
o Detalhamento da Simulação (Qual é a plataforma de simulação? Qual o processo
simulado? Quais peças serão fundidas?)
o Passo a passo das etapas seguidas na simulação, incluindo preparação do
molde, compactação da areia, vazamento do metal, e quaisquer outras etapas
relevantes.
o Capturas de tela que ilustram cada etapa importante.
3. Questionário de Autoavaliação:
o Q1: Qual foi a parte mais desafiadora da simulação para você e por quê?
o Q2: Como você avalia a utilidade da simulação para o entendimento do processo
de fundição em areia verde?
o Q3: Houve alguma discrepância entre a teoria aprendida e a prática simulada?
Se sim, como isso afetou seu aprendizado?
o Q4: Que habilidades você acredita ter desenvolvido com esta atividade?
o Q5: Como você aplicaria os conhecimentos adquiridos nesta simulação em um
contexto real de engenharia?
4. Conclusão:
o Resumo das principais aprendizagens e reflexões pessoais sobre a experiência
de simulação.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (não obrigatório – aparecer para todos)
Descrição (em abnt) das referências utilizadas
AGOSTINHO, Oswaldo Luiz. Engenharia de fabricação mecânica. Rio de Janeiro: Elsevier,
2018.
BALDAM, Roquemar de Lima;VIEIRA Estéfano 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.
