Apostila Sistema Enchimento Horizontal e Vertical

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    FUNDIO

    SISTEMA DE ENCHIMENTO

    Iber Roberto Duarte

    JOINVILLE JULHO/2011

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    2 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    SUMRIO

    1 CONCEITO ............................................................................................................... 4 1.1 FUNES DOS CANAIS ...................................................................................... 4 2 NOES DE MECNICA DOS FLUIDOS .............................................................. 4 2.1 PRINCPIO DE BERNOULLI ................................................................................. 4 2.2 TURBULNCIA E O NMERO DE REYNOLDS ................................................... 5 2.3 LEI DA CONTINUIDADE ....................................................................................... 7 2.3.1 Vazo gravimtrica ............................................................................................. 8 2.3.2 Vazo volumtrica .............................................................................................. 8 3 RELAO DE REAS ............................................................................................ 9 3.1 SISTEMA CONVERGENTE .................................................................................. 9 3.2 SISTEMA DIVERGENTE ....................................................................................... 9 3.3 RELAES DE REAS E AS LIGAS ................................................................... 9 4 CLCULO DA REA DA SEO DE CHOQUE .................................................. 10 4.1 DETERMINAO DO TEMPO DE ENCHIMENTO ............................................. 13 4.2 DETERMINAO DA ALTURA EFETIVA DO SISTEMA DE CANAIS................ 17 5 FUNIL E BACIA DE VAZAMENTO ........................................................................ 19 6 CANAL DE DESCIDA ............................................................................................ 21 7 ORIENTAES GERAIS PARA O DESENHO DOS CANAIS .............................. 23 8 SISTEMA DE CANAIS PARA LIGAS DE ALUMNIO ........................................... 27 9 SISTEMA DE CANAIS PARA FERRO FUNDIDO NODULAR .............................. 31 9.1 LIMPEZA DO METAL .......................................................................................... 31 9.2 PANELAS ............................................................................................................ 31 9.3 TEMPERATURA DE VAZAMENTO .................................................................... 31 9.4 RECOMENDAES PARA OS CANAIS ............................................................ 32 9.5 TEMPO DE ENCHIMENTO ................................................................................. 32 9.6 ALTURA EFETIVA DE VAZAMENTO ................................................................. 33 9.7 REA DA SEO DE CHOQUE ......................................................................... 33 9.8 BACIA DE VAZAMENTO ..................................................................................... 34 9.9 CANAIS DE DISTRIBUIO E ATAQUES ......................................................... 34 10 SISTEMA DE CANAIS PARA AOS FUNDIDOS ............................................... 35 10.1 CONSIDERAES GERAIS ............................................................................. 35 10.2 CANAIS DE DESCIDA ...................................................................................... 36 10.3 CANAIS DE ATAQUE........................................................................................ 37 10.4 CANAIS DE DISTRIBUIO ............................................................................. 38 11 SISTEMA DE CANAIS VERTICAIS PRESSURIZADOS ..................................... 40 11.1 FATOR DE PERDAS ......................................................................................... 41 11.2 CALCULO DA REA DA SEO DE ATAQUE ................................................ 43 11.3 FLUXO DO METAL NO SISTEMA DE CANAIS PRESSURIZADO ................... 44 11.4 SEQNCIA DE ENCHIMENTO DO MOLDE .................................................. 46 11.5 OBSERVANDO A SEQUENCIA DE ENCHIMENTO DA CAVIDADE ................ 46 11.6 NOMOGRAMA PADRO .................................................................................. 48 11.7 PESO DA PEA ................................................................................................ 48

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    11.8 TEMPO DE VAZAMENTO ................................................................................. 49 11.9 ALTURA METALOSTTICA .............................................................................. 50 11.10 EXEMPLO DE UM DIMENSIONAMENTO ...................................................... 50 11.10.1 Distribuio na placa modelo ........................................................................ 50 11.10.2 Dimensionamento dos ataques .................................................................... 53 11.10.3 Dimensionando os canais primrios ............................................................. 54 11.10.4 Copo de vazamento...................................................................................... 57 REFERNCIAS ......................................................................................................... 59

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    1 CONCEITO

    Sistemas de enchimento so dutos ou canais com a finalidade de conduzir o metal lquido at a cavidade do molde correspondente a pea, limpo e na temperatura adequada para produzir uma pea com qualidade. Os sistemas de canais devem evitar a entrada de escrias, produzirem eroses e formao de xidos. O tempo de enchimento uma varivel que controlada pelo sistema de enchimento.

    1.1 FUNES DOS CANAIS

    Segundo Mariotto, Albertin e Fuoco (1987) o sistema de enchimento para peas na fundio em geral apresentam as seguintes funes:

    a) Reduzir turbulncia. b) No aspirar gases ou ar. c) No gerar eroso. d) Controlar o tempo de enchimento adequado a pea. e) Gerar gradiente trmico favorvel alimentao. f) Eliminar aspectos subjetivos da prtica do vazamento.

    Entretanto alguns fatores condicionam a aplicao dos canais, que so:

    a) Rendimento metlico. b) Espao na placa. c) Geometria da pea. d) Altura da caixa.

    2 NOES DE MECNICA DOS FLUIDOS

    2.1 PRINCPIO DE BERNOULLI

    Um pesquisador suo chamado Daniel Bernoulli (17001782), descreve sobre a lei da conservao de energia. Esta lei define que a energia ao longo de um sistema de canais no criada nem destruda, mas sempre convertida em alguma outra forma de energia (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    As principais formas de energia so:

    a) Energia de posio(Ep), devido a gravidade e a altura:

    Ep=m.g.h

    m=massa, peso g=acelerao da gravidade h=altura

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    b) Energia cintica(Ec), devido ao movimento do fludo:

    Ec=mv2 / 2

    v=velocidade do fludo

    c) Energia de presso(Epr), corresponde ou trabalho a ser realizado pela presso do fludo:

    Epr = p/

    p=presso metalosttica por volume unitrio. =densidade do fludo.

    2.2 TURBULNCIA E O NMERO DE REYNOLDS

    Osbourne Reynolds (1842-1912) estudou o comportamento do fluxo de lquidos atravs de dutos, conforme a Figura 2.1. Este pesquisador verificou que para baixas velocidades do fluxo o lquido colorido que sai do tubo D no se misturava com o liquido no tubo C, permanecendo uma linha reta de liquido colorido no meio do tubo C. Entretanto, para altas velocidades do lquido no tubo C, o liquido colorido que sai do tubo D se misturava ao logo do tubo C, desta forma Reynolds constatou a existncia de dois tipos bsicos de fluxo, laminar e o turbulento. O mais importante deste estudo que ele nos ajuda a entender como ocorre o fluxo turbulento ou severamente turbulento e que devemos limitar a velocidade do liquido atravs do dimensionamento das seces transversais dos canais a fim de evita-los (WEBSTER, 1980).

    Figura 2.1: Representao do mtodo para estudar turbulncia em sistema de canais (WEBSTER, 1980).

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    Aps este estudo Reynolds definiu trs tipos bsicos de fluxos, conforme mostra a Figura 2.2.

    a)Fluxo laminar

    Nr(nmero de Reynolds) 20.000 Gera eroso e incluses de xidos, escrias.

    Figura 2.2: Tipos de fluxos de acordo com Reynolds.

    O nmero de Reynolds pode ser calculado com a expresso descrita abaixo e a Tabela 2.1 mostra valores para a viscosidade cinemtica.

    Nr = V. d

    V = velocidade do fluxo(cm/s). d = dimetro hidralico do canal(cm). = viscosidade cinemtica do lquido(cm2/s), Tabela I.

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    Se a seo do canal no formato redondo o dimetro hidrulico corresponde ao valor do dimetro do canal, entretanto se a seo transversal do canal no no formato redondo utiliza-se a expresso abaixo para calcular o dimetro hidrulico.

    d = 4 . rea da seo tranversal do canal permetro da seo do canal

    Tabela 2.1 Viscosidade cinemtica de alguns lquidos

    LQUIDO VISCOSIDADE CINEMTICA (cm2.10-2/s)

    TEMPERATURA (OC)

    gua 1,00 20 Alumnio 1,27 700 Ferro fundido 0,45 1300 Ferro fundido branco 0,40 1300 Cobre 0,40 1200 Ao 0,75%C 1,1 1500 Ferro 3,4%C 1,5 1300 Ferro 0,89 1600

    Fonte: Mariotto; Albertin; Fuoco, 1987.

    2.3 LEI DA CONTINUIDADE

    A lei da continuidade governa a velocidade e a vazo que o metal desenvolve no sistema de canais. Atravs desta lei fica claro que a velocidade aumenta quando a seco transversal do canal diminui e vice versa. A lei da continuidade vlida para um sistema de canais cheio de lquido.

    A Figura 2.3A mostra um canal com 1 cm2 de seo e velocidade do lquido igual a 2 cm/s proporcionando desta maneira uma vazo de 1 cm3/s e a Figura 2.3B mostra um canal com seco de 2 cm2, velocidade do lquido de 3 cm/s e a vazo correspondente de 6 cm3/s. Portanto a Figura 2.3A e 2.3B exemplificam o modelo de clculo que feito de acordo com a lei da continuidade. A formula abaixo serve para calcular as trs variveis de acordo com a lei da continuidade em sistema de enchimento (WEBSTER, 1980).

    Q = A . V

    V = velocidade do liqudo(cm/s) A = rea transversal da seo do canal(cm2) Q = vazo do liqudo(cm3/s)

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    Figura 2.3: Velocidade na seo transversal do sistema de canais (WEBSTER, 1980).

    2.3.1 Vazo gravimtrica

    De acordo com Mariotto, Albertin e Fuoco (1987) a vazo em um sistema de canais pode ser quantificada de maneira gravimtrica (Qg), ou seja a quantidade de liquido em gramas por segundo (g/s) que passa atravs de um determinado canal, a qual expressa da seguinte maneira:

    P = peso do lquido que passa no canal em gramas (g).e t = unidade de tempo em segundos (s).

    2.3.2 Vazo volumtrica

    Mariotto, Albertin e Fuoco (1987) descrevem que a vazo em um sistema de canais tambm pode ser calculada considerando o volume de metal e ento chamada de vazo volumtrica (Qv). A vazo volumtrica define a quantidade do lquido em volume que passa atravs de uma determinada rea transversal de um canal, ela expressa em centmetros cbicos por segundo (cm3/s), tal sistema descrito matematicamente da seguinte maneira:

    A = rea da seo transversal do canal, em cm3. V = velocidade do metal, em cm/s.

    Qg = P t

    Qv = A . V

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    3 RELAO DE REAS

    As relaes de reas dos canais so representadas por trs nmeros, conforme o exemplo abaixo, sendo que o menor representa a seco de estrangulamento do sistema, tambm conhecido como seo de choque (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987):

    1 : 1 : 1

    Sendo que:

    O primeiro nmero representa o mdulo da rea transversal da base do canal descida.

    O segundo nmero representa o mdulo da rea transversal do canal de distribuio.

    O terceiro nmero representa o mdulo da rea transversal do(s) canal(s) de ataque.

    De acordo com as relaes de reas em uso no sistema de canais o mesmo pode ser do tipo convergente ou divergente, conforme explicado a seguir.

    Sistema convergente: 1 : 08 : 0,6, neste exemplo a seo de choque est no terceiro nmero ou seja no canal de ataque. Este sistema tambm conhecido como pressurizado.

    Sistema divergente: 1 : 4 : 4, neste exemplo a seo de choque est no primeiro nmero ou seja na base do canal de descida. Este sistema tambm conhecido como despressurizado.

    3.1 SISTEMA CONVERGENTE

    Neste tipo de sistema de canais a seco reguladora do fluxo (estrangulamento ou choque) de metal lquido se encontra na regio do ataque. Neste sistema temos o metal entrando na cavidade do molde com maior velocidade, pois, na regio do estrangulamento ocorre aumento da velocidade do fluxo de acordo com lei da continuidade.

    3.2 SISTEMA DIVERGENTE

    No sistema de canais a seo reguladora do fluxo se encontra na base do canal de descida, deste ponto em diante o sistema possui um aumento das reas transversais dos canais, possibilitando a reduo da velocidade do fluxo do metal no sistema de acordo com a lei da continuidade.

    3.3 RELAES DE REAS E AS LIGAS

    O sistema divergente recomendado para as ligas com grande tendncia a oxidao e absoro de gases, as quais necessitam de baixas velocidades nos canais de distribuio e ataques, em geral so as ligas de Al; Mg; Cu+Al, Mg, Cr, Si.

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    Para ferros fundidos cinzentos prioriza-se o rendimento metlico, enchimento rpido, so ligas com baixa tendncia a oxidao, neste caso recomenda-se o sistema convergente.

    Ao ao carbono, inox, e ferro fundido nodular, deve-se estudar cada caso, pois se podem usar ambos os sistemas. So ligas que apresentam problemas com relao oxidao (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987). A Tabela 3.1 apresenta sugestes de relaes de reas de acordo com o tipo de liga.

    Tabela 3.1: Relaes de reas de canais sugeridas para vrias ligas.

    LIGAS RELAES DE REAS Bronze ao alumnio 1 : 2,88 : 4,8

    Ferros fundidos

    1 : 0,75 : 0,5 1 : 0,9 :0,7 1 : 0,9 : 0,5 1 : 1,2 : 0,9 1 : 0,8 : 0,6

    Ferro fundido malevel 1 : 0,5 : 2,45 1 : 0,67 : 1,67

    Aos 1 : 0,8 : 0,6

    1 : 1 : 1 1 : 2 : 2 1 : 2 : 1

    Lato 1 : 2 : 1 1 : 2,88 : 4,8

    Alumnio

    1 : 4 : 4 1 : 6 : 6

    1 : 2,2 : 2 1 : 2 : 1

    Magnsio 1 : 4 : 4 1 : 2 : 2

    Ferro fundido nodular 2 : 4 : 1 Fonte: Mariotto; Albertin; Fuoco, 1987.

    4 CLCULO DA REA DA SEO DE CHOQUE

    Ao se igualar a vazo gravimtrica (Qg) e a vazo volumtrica (Qv) se obtm a formula que permite determinar a rea transversal do canal da seo de choque do sistema de enchimento. Entretanto para igualar estes dois tipos de vazo h que se multiplicar a vazo volumtrica pela densidade (d) do lquido e ento temos (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987):

    Qg = Qv

    P/t = A . V . d

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    A = rea da seo de choque (cm2) P = peso do conjunto, pea + massalotes (g) d = densidade do metal fundido (g/cm3) V = velocidade do metal (cm/s) t = tempo de enchimento (s)

    A velocidade do metal fundido na seo de choque pode ser determinada empregando-se a seguinte equao, conforme citado por Mariotto, Albertin e Fuoco (1987).

    = coeficiente de perdas de carga no sistema g = acelerao da gravidade (980cm/s) H = altura efetiva do sistema de canais (cm) V = velocidade do metal (cm/s)

    Portanto a frmula final para dimensionar a rea transversal da seo de choque ser:

    A = rea da seo de choque (cm2) P = peso do conjunto, pea + massalotes (g) d = densidade do metal fundido (g/cm3) t = tempo de enchimento (s) = coeficiente de perdas de carga no sistema g = acelerao da gravidade (980cm/s) H = altura efetiva do sistema de canais (cm)

    De acordo com Mariotto, Albertin e Fuoco (1987) a velocidade do metal lquido no sistema de canais alterada devido s perdas por frico causadas pelas mudanas de direo, atrito com as paredes do sistema de canais e a viscosidade metal fundido. Desta maneira estes pesquisadores recomendam empregar para os sistemas que possuem reduo de seo nos ataques, sistemas convergentes, coeficientes de perdas de carga () entre 0,20 a 0,40 e para sistemas com aumento de seo, divergentes, valores entre 0,70 a 0,90.

    De acordo com Webster (1980), para determinar a velocidade nas demais partes de um sistema de canais divergente divide-se a velocidade obtida na base do canal de descida pelo mdulo correspondente daquele setor do sistema de canais, conforme o exemplo da Tabela 4.1, para o sistema 1:4:4. Para calcular a velocidade do metal

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    em um sistema convergente, seguir o modelo mostrado na Tabela 4.2, que mostra como exemplo o sistema 2:4:1.

    Tabela 4.1: Velocidade do lquido em um sistema divergente.

    DESCIDA DISTRIBUIO ATAQUE V 1

    V 4

    V 4

    Tabela 4.2: Velocidade do lquido em um sistema convergente.

    DESCIDA DISTRIBUIO ATAQUE V 2

    V 4

    V 1

    O esquema mostrado na Figura 4.1 esclarece sobre o comportamento da velocidade em um sistema de canais do tipo convergente e apresenta como deve ser feito o clculo da velocidade em cada parte do sistema.

    Figura 4.1: Variao da velocidade do lquido atravs de diferentes seces de um sistema de canais com relao 2:4:1 de acordo com a Lei da Continuidade (WEBSTER, 1980).

    Caso a relao de rea do sistema convergente se apresenta como, por exemplo, 1,0:0,9:0,6, o que muito comum na literatura, se deve fazer a converso para possibilitar o calculo da velocidade do lquido no canal de distribuio e base do canal de descida. Primeiro calcule a rea da seo de choque aplicando a equao apresentada no item 4, depois calcule a seo do canal de distribuio e do canal de descida via regra de trs.

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    13 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Por exemplo, para uma seco de choque com 60 mm2, se procede da seguinte maneira em um sistema com relao de rea 1,0:0,9:0,6:

    0,6 = 60 mm2 0,9 = x 1,0 = y

    Sendo assim o mdulo 0,9 ter 90 mm2 e o mdulo 1,0 ter 100 mm2, em seguida basta calcular a relao entre estas reas do sistema de canais:

    60 mm2 = 1,0 90 mm2 = x 100 mm2 = y

    Desta maneira o canal de distribuio com 90 mm2, possui mdulo igual a 1,5 e o canal de descida com 100 mm2, o mdulo 1,67, neste sistema a velocidade pode ser ento determinada de acordo com a Tabela 4.3.

    Tabela 4.3: Velocidade do lquido em um sistema convergente.

    DESCIDA DISTRIBUIO ATAQUE V

    1,67 V

    1,5 V

    1,0

    A Figura 4.2 mostra exemplos de como calcular a velocidade do lquido de acordo com a altura da panela, e com altura da coluna de metal no sistema de canais.

    Figura 4.2: Variao da velocidade do lquido em diferentes alturas e sistemas (WEBSTER, 1980).

    4.1 DETERMINAO DO TEMPO DE ENCHIMENTO

    Vrios pesquisadores apresentam frmulas e grficos para determinar o tempo de enchimento levando-se em considerao vrios fatores prticos de fundio, a seguir apresentam-se algumas frmulas e grficos para esta finalidade.

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    a) Mtodo AFS de Wallace e Evans para ferro fundido cinzento (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    t = tempo (s) e = espessura (mm) P = peso do conjunto (kg)

    Peas com peso superior a 450 kg substituir P por 3P. Para obter kf, use a expresso acima e F (fluidez) deve ser obtido no grfico da Figura 4.3.

    b) Para ferro fundido nodular segundo Heine (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    t = tempo (s) k1 = 2,06 para espessuras menores que 10mm k1 = 2,67 para espessuras entre 10 a 25mm k1 = 2,97 para espessuras maiores que 25mm

    Figura 4.3: Fluidez do ferro fundido em funo da composio e da temperatura de vazamento (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

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    c) De acordo com Maehara e Esmeraldo (1989) o tempo de enchimento de conjuntos (pea e massalotes) em aos fundidos pode ser determinado com o uso dos grficos mostrados na Figura 4.4, os quais foram obtidos em fundies japonesas.

    (a)

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    (b)

    Figura 4.4: Tempo de vazamento em funo do peso do conjunto, (a) at 100 kg e (b) at 100.000 kg (MAEHARA E ESMERALDO, 1989).

    d) Para ferro fundido nodular segundo a AFS

    Abaixo se apresenta uma frmula derivada de moldes com areia de moldagem a verde, para calcular o tempo de vazamento (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    t = tempo (s) E = menor espessura da pea (mm) P = peso (kg)

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    e) Para ao segundo Heine (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    t = tempo (s) com k2 variando desde 1,78 para P=45kg at 0,59 para P=45.000kg.

    f) Previso do tempo de enchimento

    O tempo de enchimento (t) pode ser previsto dividindo-se o volume da cavidade do molde (VCM) a ser preenchido pelo metal, no qual inclu massalotes, pela rea da seo transversal do canal de estrangulamento (A) e velocidade (V) do metal neste local, conforme a expresso matemtica abaixo (WEBSTER, 1980).

    t = tempo de enchimento, (s). VCM = volume da cavidade do molde, (cm3). A = rea da seo de choque, (cm2). V = velocidade do metal na seo de choque, (cm/s).

    g = acelerao da gravidade, 980 cms-2. H = altura efetiva de queda do metal, (cm).

    4.2 DETERMINAO DA ALTURA EFETIVA DO SISTEMA DE CANAIS

    Dependendo do desenho do sistema de enchimento se deve considerar o efeito da contra presso do lquido que est contido na cavidade do molde sobre o lquido que est no canal de descida, isto deve ser feito devido ao efeito causado sobre a velocidade do fluxo no canal de descida. Segundo Wallace e Evans o clculo da altura efetiva de vazamento pode ser feito de acordo com os esquemas e formulas mostradas na Figura 4.5 (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

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    Altura efetiva de vazamento (H).

    H=H (a)

    H=H-c 2 (b)

    H=2Hc-p2 2c (c)

    Figura 4.5: Altura efetiva para clculo da velocidade, em funo da posio do canal de ataque (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

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    5 FUNIL E BACIA DE VAZAMENTO

    O formato do funil ou bacia de vazamento caso seja redondo tende a favorecer a formao de vrtice (redemoinho) durante o enchimento do molde, as Figuras 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 e 5.5 mostram o que inadequado e o que recomendado com relao geometria deste item (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992; WEBSTER, 1980). A bacia de vazamento, conforme mostra a Figura 5.5 ajuda a reduzir a cintica gerada pela queda do fluxo de metal a partir da panela de vazamento, com este desenho se diminui a velocidade do metal no interior dos canais.

    Figura 5.1: Funil redondo.

    Figura 5.2: Funil redondo com corte.

    Figura 5.3: Funil retangular.

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    Figura 5.4: Efeito do canto vivo entre o funil e o canal de descida e como pode ser evitado.

    Figura 5.5: Bacia de vazamento.

    Bacia de vazamento com formato conforme mostra a Figura 4.6 evita entrada de escria, introduo de bolhas de ar no metal e eliminam a varivel da altura de vazamento.

    Figura 5.6: Bacia de vazamento com retentor de escria.

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    6 CANAL DE DESCIDA

    Conforme as Figuras 6.1 e 6.2 importante que o canal de descida possua uma conicidade para evitar o descolamento do metal e apaream bolhas de ar, oxidao e eroso. A equao apresentada na Figura 6.2 permite dimensionar a rea na base do funil e por consequncia gera um funil cnico. Aps determinar a rea da base (Ab), pode-se calcular a rea da regio superior (At) do canal de descida e conseqentemente o seu dimetro (D) (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987). A Figura 6.3, de acordo com Campbell (1995) orienta como dimensionar a base do canal de descida, a qual possui o objetivo de absorver a turbulncia neste local em funo da mudana de direo.

    Figura 6.1: Canal de descida reto (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    De acordo com a lei da continuidade, a vazo na base do funil (Qf) e na base do canal de descida (Qd) so iguais, sendo assim, possvel calcular a rea da base do funil. A sequencia a seguir mostra como foi obtida a equao para calcular a rea da base do funil.

    A vazo na base do funil :

    Qf = Af x Vf

    A vazo na base do canal de descida :

    Qd = Ad x Vd

    Sendo que Qf igual a Qd:

    Af x Vf = Ad x Vd

    Considerando as respectivas velocidades do metal lquido na base do funil (Vf) e na base do canal de descida (Vd):

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    Substituindo a velocidade e colocando e evidncia a rea da base do funil (Af):

    Portanto, a rea na base do funil calculada da seguinte maneira:

    Figura 6.2: Canal de descida cnico (MARIOTTO; ALBERTIN; FUOCO, 1987).

    Para obter os valores do dimetro da base do canal de descida (DAb) e da base do funil (DAt), utilizam se as seguintes expresses matemticas:

    DAd = dimetro da base do canal de descida (mm). Ad = rea da base do canal de descida (mm2).

    DAf = dimetro da base do funil (mm). Af = rea da base do funil (mm2)

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    23 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    De acordo com Campbell (1995) o alargamento na base do canal de descida ajuda a reduzir a turbulncia nesta local, a Figura 6.3 mostra esquematicamente o efeito e sugere as dimenses.

    Figura 6.3: Base do canal de descida e seu efeito sobre o fluxo (CAMPBELL, 1995).

    7 ORIENTAES GERAIS PARA O DESENHO DOS CANAIS

    A seguir so apresentadas algumas orientaes bsicas para ajudar no desenho de sistemas de enchimento. A Figura 7.1 mostra que mudanas bruscas de direo favorecem a formao de presso negativa neste local, este efeito favorece a introduo de ar, oxidao e eroso.

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    24 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 7.1: O efeito da energia cintica do liquido em locais com forte mudana de geometria sobre a formao de vazios no fluxo e turbulncia (WEBSTER, 1980).

    Canais de ataques no devem ser muito espessos para no favorecer a formao de pontos quentes, sugestes quanto relao entre a espessura da parede da pea e a espessura do canal de ataque so mostradas na Figura 7.2.

    Figura 7.2: Orientaes para dimensionar a espessura mxima do canal de ataque e evitar desta maneira pontos quentes (CAMPBELL, 1995).

    Se a extremidade do canal primrio reta, tipo uma parede, o fluxo de metal ir bater na mesma e haver a formao de um refluxo turbulento, o qual vai favorecer para a formao de xidos que podem entrar nos canais de ataque. Projetar um poo ou formato em cunha neste local, conforme mostra a figura 7.3 evita este efeito.

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    25 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 7.3: Orientaes para a extremidade do canal primrio, com o objetivo de reter escria nesta regio (CAMPBELL, 1995).

    O balanceamento do sistema de canais permite que fluxo de metal seja igual nos ataques e desta forma haver enchimento homogneo da cavidade. Isto no tende a ocorrer caso o canal de distribuio possua a mesma dimenso ou seo transversal do comeo ao fim. Conforme mostra a Figura 7.4a, o fluxo mais forte ocorre no ltimo canal de ataque. Para que o sistema de canais seja balanceado necessrio que se reduza o canal de distribuio logo apos cada canal de ataque. A reduo pode ser feita em degraus, conforme mostra a Figura 7.4 ou em forma de rampa. A reduo de seo a ser feita no canal de distribuio logo aps cada canal de ataque equivale a rea da seo transversal do canal de ataque que ficou para trs e assim sucessivamente. O esquema sugerido na Figura 7.4 recomendado para ligas de alumnio (CAMPBELL, 1995).

    Figura 7.4: (a) Sistema no balanceado e (b) sistema balanceado e o efeito sobre o fluxo de enchimento do molde (CAMPBELL, 1995).

    A Figura 7.5 mostra um sistema de enchimento com vrias inadequaes, comeando no funil, o qual possui formato redondo, este desenho favorece a formao de vrtice. Neste sistema o canal de descida apresenta uma conicidade que favorece o descolamento do fluxo da parede do canal e causa oxidao e aspirao de ar. O canal de distribuio possui pouca altura, isto o torna ineficiente

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    26 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    para a reteno de escria, no caso de ligas ferrosas. Com os canais de ataque posicionados abaixo do canal de distribuio, este sistema vai gerar muita turbulncia e vai facilitar a entrada de escrias e xidos na cavidade do molde. A extenso do canal de distribuio com terminao reta favorece o refluxo, o qual causa turbulncia e favorece a entrada de escrias nos canais de ataque.

    Figura 7.5: Sistema de enchimento com desenho que possibilita a formao de escria e entrada da mesma no molde (CAMPBELL, 1995).

    A Figura 7.6 mostra um sistema de enchimento recomendado para ligas de alumnio com a aplicao de relao entre reas do tipo divergente. Com este sistema se reduz a velocidade nos canais primrios e ataques, desta maneira se minimiza a oxidao da liga, no prximo captulo este sistema ser apresentado com mais detalhes. Uma inadequao que mostrada na Figura 7.6 se refere ao canal de descida com formato redondo, o qual favorece a formao de vrtice.

    O sistema de enchimento mostrado na Figura 7.7 possui um desenho com relao de entre as reas do tipo convergente, o qual recomendado para ligas ferrosas. O canal de descida possui o maior mdulo e cnico. A seo de choque deste sistema est localizada nos canais de ataque, os quais esto posicionados ao lado do canal de distribuio, os quais possuem uma relao altura : largura de 1:4, desta maneira se evita a entrada de escria e facilita a separao da pea. O canal primrio est localizado no molde superior, sua relao altura : largura de cerca de 2:1, possui reduo na seo transversal aps o primeiro ataque (escalonamento) e extenso em cunha. Com este desenho possvel reter a escria que flutua no canal primrio, manter fluxo homogneo nos ataques e evitar o refluxo na extremidade.

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    27 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 7.6: Sistema de enchimento que dificulta a formao de xidos e reduz a possibilidade de entrada dos mesmos no molde, recomendado para ligas de alumnio (CAMPBELL, 1995).

    Figura 7.7: Sistema de enchimento que dificulta a formao de xidos e reduz a possibilidade de entrada dos mesmos no molde, recomendado para ligas ferrosas (CAMPBELL, 1995).

    8 SISTEMA DE CANAIS PARA LIGAS DE ALUMNIO

    As recomendaes que so apresentadas a seguir foram citadas na obra Aluminun Casting Technology da AFS, no captulo referente ao sistema de canais (AFS

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    28 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993). A Figura 8.1 mostra um sistema de enchimento com bacia de vazamento, canal de descida retangular e cnico, dois canais de distribuio no molde inferior e quatro canais de ataque no molde superior. Os canais de distribuio possuem escalonamento e extenso no formato tipo poo.

    Figura 8.1: Partes de um sistema de canais para fundio de ligas de alumnio (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

    A bacia de vazamento ao lado do canal de descida, conforme mostra a Figura 8.2 tem por objetivo reduzir o efeito da queda do metal deste o bico da panela de vazamento, desta maneira se consegue reduzir a velocidade do metal e mant-la mais constante nos canais de distribuio.

    Figura 8.2: Bacia de vazamento (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

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    Este alargamento na base do canal de descida, conforme mostra a Figura 8.3 serve para absorver a energia cintica devido a queda do metal e a mudana de direo de vertical para horizontal, desta forma ocorre reduo da turbulncia.

    Figura 8.3: Base do canal de descida (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

    A construo do sistema de canais de distribuio com escalonamento, conforme mostra a Figura 8.4 tem por objetivo manter o mais homogneo possvel o fluxo de metal nos canais de ataque. A reduo equivale exatamente rea da seo do canal de ataque anterior. O projeto de reduo pode ser do tipo rampa, conforme mostra a Figura 8.5, desta maneira se reduz turbulncias.

    Figura 8.4: Canal de distribuio com reduo de seo por escalonamento . (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

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    30 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 8.5: Canal de distribuio com reduo de seo contnua (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

    Na extremidade dos canais de distribuio conveniente que haja um poo ou extenso, este desenho permite que o primeiro fluxo de metal, o qual pode estar contaminado com alguma escria, areia ou xido venha a ser desviado dos canais de ataque e fique alojado nestas extremidades, conforme mostra a Figura 8.6.

    Figura 8.6: Extremidade do canal primrio (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

    A colocao dos canais de ataque na parte superior dos canais de distribuio permite que ocorra primeiro o enchimento dos canais de distribuio com o fluxo no turbulento, o qual expulsa o ar e suba at os ataques. A camada de xido formada sobre o metal fica aderida nas paredes dos canais, a entrada do metal na cavidade do molde ocorre quando o mesmo rompe a camada de xido presente na frente do fluxo. A Figura 8.7 ilustra a posio dos canais de ataque.

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    31 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 8.7: Posio do canal de ataque em relao ao canal primrio (AFS ALUMINUN CASTING TECHNOLOGY, 1993).

    9 SISTEMA DE CANAIS PARA FERRO FUNDIDO NODULAR

    9.1 LIMPEZA DO METAL

    O magnsio usado para produzir o ferro fundido nodular favorece a formao dos xidos e escrias na superfcie do metal no forno e na panela de tratamento. Esta escria prejudicial, ir afetar a eficincia da nodularizao, inoculao e poder gerar incluses nas peas. A magnitude deste problema esta diretamente relacionada com o aumento do teor de enxofre no metal base (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    9.2 PANELAS

    A limpeza das panelas essencial para garantir resultados consistentes. Nas panelas de tratamento e vazamento ocorre a formao de uma camada de escria que afetar o teor de magnsio no metal fundido. Escrias ricas em enxofre revertem parte deste elemento para o metal com conseqente reduo do teor de Mg da liga fundida. Panelas do tipo bico de chaleira so freqentemente recomendadas para minimizar a entrada de escrias no molde. O uso de tampa ajuda a reduzir ass perdas de temperatura (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    9.3 TEMPERATURA DE VAZAMENTO

    O volume de oxidao aumenta significativamente para temperaturas de vazamento abaixo de 1399 oC e longos tempos de vazamentos, acima de 8 minutos. A faixa de temperatura adequada est entre 1400 oC a 1430 oC. Temperaturas maiores de vazamento seriam recomendadas para evitar solda fria, pinholes e escria, entretanto se excessivamente elevadas aumentam a quantidade de rechupes (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

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    9.4 RECOMENDAES PARA OS CANAIS

    Para ferro fundido nodular o sistema de canais deve ser projetado para:

    - Prevenir contra a entrada de escrias e incluses no-metlicas. - Introduzir o metal na cavidade do molde com uma velocidade pr-

    determinada e com turbulncia mnima. - Introduzir o metal na cavidade do molde de forma a contribuir para uma

    solidificao direcional.

    O sistema de canais usados para produo de ferro fundido nodular difere do sistema usado em ferro fundido cinzento devido a maior quantidade de Mg e Si, os quais aumentam a possibilidade de formao de escrias. Por esta razo a turbulncia deve ser minimizada em sistema de canais para ferro fundido nodular. Nestes casos se incorpora o uso de grandes canais de distribuio, os quais reduzem a velocidade do metal e promovem o tempo adequado para que a escria possa ser separada do metal antes do mesmo entrar na cavidade do molde (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    9.5 TEMPO DE ENCHIMENTO

    Existem vrios fatores serem considerados para decidir sobre o tempo de enchimento. Um dos mais importantes a ser considerado a velocidade do metal, a qual pode ser reduzida tanto quanto possvel. Esta reduo na turbulncia (velocidade) assegurar a separao de incluses no-metlicas no sistema de canais.

    Em fundies automatizadas atualmente o tempo de enchimento freqentemente condicionado pelo ciclo da mquina de moldar. Quando isto ocorre, o tempo ideal de vazamento no pode ser disponibilizado, se a produtividade maximizada.

    Outro fator a ser considerado, quando se usam moldes de areia a verde, se refere resistncia do molde a eroso. Vrias pesquisas foram realizadas para determinar as limitaes. Abaixo se apresenta uma expresso matemtica obtida a partir de pesquisas feitas em moldes de areia verde, a qual serve para calcular o tempo de enchimento (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    E = menor espessura da pea (mm) P = peso (kg)

    A Tabela 9.1 apresenta o tempo de vazamento calculado de acordo com a frmula apresentada anteriormente para peas com espessura entre 3 a 30 mm e pesos entre 5 a 100 kg. Esta frmula esta baseada na faixa de temperatura de vazamento entre 1370 oC a 1425 oC. (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

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    Tabela 9.1: Tempo de vazamento para ferro fundido nodular com temperatura de vazamento entre 1370 a 1425oC.

    Peso da pea (kg) Menor espessura da pea (mm) 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

    100

    3.2 4.5 5.5 6.3 7.1 7.7 8.3 8.9 9.5

    10.0 10.9 11.8 12.6 13.4 14.1

    3.6 5.0 6.2 7.1 8.0 8.7 9.4

    10.1 10.7 11.2 12.3 13.3 14.2 15.1 15.9

    4.0 5.6 6.9 7.9 8.9 9.7

    10.5 11.2 11.9 12.5 13.7 14.8 15.8 16.8 17.7

    4.4 6.2 7.6 8.7 9.8

    10.7 11.5 12.3 13.1 13.8 15.1 16.3 17.4 18.5 19.5

    4.8 6.7 8.3 9.5

    10.7 11.7 12.6 13.5 14.3 15.1 16.5 17.8 19.1 20.2 21.3

    5.2 7.3 9.0

    10.3 11.6 12.7 13.7 14.6 15.5 16.3 17.9 19.3 20.7 21.9 23.1

    5.6 7.9 9.6

    11.2 12.5 13.6 14.7 15.8 16.7 17.6 19.3 20.8 22.3 23.6 24.9

    6.0 8.4

    10.3 11.9 13.4 14.6 15.8 16.9 17.9 18.9 20.7 22.3 23.9 25.3 26.7

    6.4 9.0

    11.0 12.8 14.3 15.6 16.9 18.0 19.1 20.2 22.1 23.8 25.5 27.2 28.5

    6.8 9.6

    11.7 13.6 15.2 16.6 17.9 19.2 20.3 21.4 23.5 25.4 27.1 28.8 30.3

    Fonte: AFS Ductile iron handbook, 1992.

    9.6 ALTURA EFETIVA DE VAZAMENTO

    A velocidade do metal entrando na cavidade do molde e ataque varia de acordo com o nvel de metal no molde. Por esta razo a mdia ferrosttica pode ser calculada, para calcular a altura efetiva usam-se as frmulas mostradas na Figura 3.2(a), (b) e (c) (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    9.7 REA DA SEO DE CHOQUE

    A menor seo transversal em um sistema de canais que governa o tempo de enchimento do molde chamada de seco de choque. No caso de um sistema pressurizado a seo de choque est nos canais de ataques. Se vrios ataques so usados, a rea da seo de choque a soma da seo transversal de todos os ataques. Apresenta-se abaixo a frmula que acomoda as perdas por frico e que pode ser usada para calcular a rea transversal da seo de choque de peas a serem produzidas em ferro fundido nodular (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    A= rea da seo de choque (cm2) P= peso do conjunto (kg) t= tempo de enchimento (s) H= altura efetiva de vazamento (cm)

    Esta expresso matemtica igual a apresentada por Mariotto; Albertin e Fuoco (1987) no captulo 3.3, entretanto neste caso foi aplicado a densidade do ferro

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    fundido lquido, o qual de 6,9 g/cm3, a acelerao da gravidade em 980 cm/s2 e o coeficiente de perdas de carga () igual a 0,27.

    9.8 BACIA DE VAZAMENTO

    uma importante parte do sistema de canais que infelizmente freqentemente esquecida por todos. A bacia deve ter um volume que permanea cheio durante o processo de vazamento. Isto assegura que escrias criadas no tratamento do metal e transferncia, no entrem no canal de descida. A profundidade da bacia deve ser de 3 a 4 vezes o dimetro do canal de descida, isto permite a absoro do choque do metal que cai da panela. A largura da bacia deve permitir que o ferro vazado fique na bacia e no favorea a formao de respingos. Sempre que possvel, a bacia em forma de funil redondo deve ser evitada, este desenho favorece o efeito de vrtice, o qual introduz ar e escria no fluxo de metal (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    9.9 CANAIS DE DISTRIBUIO E ATAQUES

    Segundo a AFS - Ductile iron handbook (1992), um sistema moderadamente pressurizado, tendo o canal de descida, canal primrio e canal de ataque com relao 2:4:1, se pode produzir peas de vrios tamanhos com qualidade. O canal de descida deve ser cnico com um ngulo de cerca de 3o, desta forma evita-se o descolamento do metal das paredes e conseqente entrada de ar e turbulncia que geram escrias.

    Em um sistema com partio vertical, onde vrios ataques ou braos so dispostos em diferentes nveis, a seo transversal dos braos pode ser reduzida, fazendo-se um sistema escalonado. Assegure que a rea transversal do canal de descida seja 10 a 20% maior que a combinao das reas de choque, a pressurizao do sistema pode ser reduzida. Este tipo de sistema reduz os defeitos de penetrao. nas cavidades localizadas na parte de baixo do sistema e equaliza o sistema (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    Usando-se uma expanso na base do canal de descida com espessura igual a 2x a dimenso do canal primrio e dimetro de 2x ao dimetro da base do canal de descida, haver reduo da turbulncia neste local. Isto vai permitir o enchimento adequado do canal primrio e ir reduzir a eroso na base do canal de descida (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    O canal primrio deve ter a relao altura:largura de 2:1 e ser maior que os usados em ferro cinzento, isto reduz a velocidade e consequentemente a turbulncia. Devem-se evitar mudanas bruscas de direo, nestes casos adequado o uso de curvas grandes e deve-se evitar a colocao de ataques prximos das curvas (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    Quando o metal lquido chega ao final do canal de distribuio ele tende a voltar sobre ele em um fluxo contrrio. Esta turbulncia muito danosa, ajuda a introduzir escrias na peas. O efeito deste fenmeno pode ser reduzido fazendo-se cnico o final do canal de distribuio. Sempre que possvel o canal primrio deve ser

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    35 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    estendido aps o ltimo canal de ataque (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    As dimenses dos canais de ataque para ferro nodular devem ter na relao largura:altura a proporo 4:1. Isto evita a entrada de partculas no metlicas e facilita a separao/remoo na desmoldagem. A conexo entre o ataque e o primrio deveria ser perpendicular, para segurar o choque remanescente no ataque durante todo o processo de enchimento (AFS DUCTILE IRON HANDBOOK, 1992).

    10 SISTEMA DE CANAIS PARA AOS FUNDIDOS

    10.1 CONSIDERAES GERAIS

    Guleyupoglu (1997) cita algumas consideraes gerais para a fundio de aos:

    a) Usar areia de alta qualidade no sistema de canais e massalotes, devido a elevada temperatura nestes locais.

    b) O sistema de canais dever ser simples, devido a elevada viscosidade do ao fundido.

    c) Controladores de vazo, filtros e canais de descida em degraus devem ser evitados devido a baixa fluidez do ao fundido.

    d) Quando usar uma panela com vlvula para o vazamento, a rea da vlvula dever ser levemente menor que a rea do canal de descida.

    e) O molde poder ser inclinado cerca de 30 a 40o para que o metal mais frio fique na parte inferior do molde e o mais quente na parte superior, junto aos massalotes, entretanto esta prtica no recomendada para peas grandes devido a gerao de muita turbulncia.

    f) Fazer a linha de partio do molde de maneira tal que metade da pea fique no molde inferior, isto favorece o enchimento inicial da parte inferior e ir promover a solidificao direcional. Entretanto se deve evitar que haja queda do metal de alturas elevadas.

    Guleyupoglu (1997) e Maehara e Esmeraldo (1989) citam as relaes de reas dos canais para ao fundido, as quais so mostradas na Tabela 10.1.

    Tabela 10.1: Relaes de reas dos canais para aos fundidos.

    VAZAMENTO DESCIDA DISTRIBUIO ATAQUE FONTES No foi citado 1 4 4 Guleyupoglu, (1997) Sistema com vlvula 1 1,2 a 2 1,5 a 2,5 Maehara e Esmeraldo

    (1989) Panela convencional 1 1 a 2 1

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    36 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Na Tabela 10.2 Maehara e Esmeraldo (1989) mostram as vantagens e desvantagens dos sistemas de enchimento com presso nos ataques (convergentes) e sem presso (divergentes).

    Tabela 10.2: Vantagens e desvantagens dos sistemas convergentes e divergentes para aos fundidos.

    TIPOS DE SISTEMAS VANTAGENS DESVANTAGENS

    Com presso nos ataques (convergente)

    Ataques e distribuio sempre cheios.

    Menor possibilidade de suco de ar.

    Vazo similar, no caso de vrios ataques.

    Minimiza incluses de escria e areia.

    Ataque que fica na extremidade do canal de distribuio apresenta maior velocidade e pode haver eroso.

    Maior velocidade nos ataques, turbulncia pode ser alta na cavidade do molde.

    Sem presso nos ataques (divergente)

    Menor velocidade do fluxo de metal nos ataques.

    Menor possibilidade de haver eroso.

    Canal de distribuio fica incompleto caso o mesmo seja colocado no molde superior.

    Dificulta a reteno de escrias.

    Fonte: Maehara e Esmeraldo (1989).

    Quanto ao funil para o vazamento de ao fundido, Maehara e Esmeraldo (1989) sugerem os formatos mostrados na Figura 10.1, segundo estes pesquisadores estes desenhos so melhores porque no ao fundido ocorre solidificao superficial e a fluidez menor quando comparado ao ferro fundido.

    Figura 10.1: Formatos de funis para ao fundido (MAEHARA E ESMERALDO, 1989).

    10.2 CANAIS DE DESCIDA

    Quanto ao canal de descida as seguintes consideraes so descritas por Guleyupoglu (1997):

    a) Usar canais de descida com dimetro entre 25 a 50 mm.

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    37 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    b) Usar materiais com alta resistncia a eroso, tais como a cermica e concreto aluminoso.

    c) No caso de moldes que possuem altura muito elevada, recomenda-se o uso de canais em cermica ao invs de areia.

    d) No caso de ocorrer a formao do defeito de solda fria ou falta de enchimento de detalhes, recomenda-se aumentar a seo transversal do canal de descida.

    Maehara e Esmeraldo (1989) recomendam que o canal de descida deva ser cnico, desta maneira se evita o descolamento do fluxo de metal fundido o qual causa a suco de ar/gases e a conseqente formao de incluses na pea.

    10.3 CANAIS DE ATAQUE

    Para os canais de ataque Guleyupoglu (1997) apresenta as seguintes recomendaes:

    a) Geralmente se prefere canais de ataque com formato redondo em relao ao formado quadrado, isto ocorre devido ao menor atrito causado por este formato.

    b) O dimetro do canal centrpeto dever ser menor que o dimetro do canal de descida, entretanto a rea da seo transversal dever ser maior que soma da rea da seo transversal dos canais de ataques.

    c) Para pea grande em formato de placa, o canal de ataque deve ser na parte inferior a fim de favorecer o fluxo de metal.

    d) A seo transversal do canal de ataque deve ser menor que a seo da pea onde ser colocado o ataque.

    e) Os canais de ataque devem ser maiores que os utilizados em peas de ferro fundido. Isto deve ser feito para evitar solda fria, pois o ao fundido possui elevada viscosidade.

    f) Peas em formato de placa devem possuir sistema de canais com vrios ataques para minimizar a eroso no molde. A seo transversal de cada canal de ataque no deve ser maior que a seo do canal de descida.

    g) A quantidade de canais de ataque deve ser maximizada para evitar pontos quentes.

    h) Se usar um nico canal de ataque, o mesmo deve possuir um alargamento em direo pea.

    i) Canais em forma de corneta podem ser usados em peas pequenas, entretanto reduzem o rendimento metalrgico e mais difcil para a moldagem.

    j) Em peas com formato circular, tais como engrenagens ou rodas, os ataques geralmente so dispostos de maneira tangencial, isto evita a eroso do macho.

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    38 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    k) Em peas com formato circular que possuem raios, os quais fazem a ligao entre o aro e o cubo, recomenda-se colocar os ataques na regio do cubo. Desta maneira, o aro vai receber o metal mais frio e isto vai favorecer a solidificao direcional em direo ao cubo.

    l) Os canais de ataque geralmente so colocados no molde superior.

    m) Os canais de ataque podem ser curvados de acordo com o perfil da pea.

    n) Canais com formato do tipo saxofone podem ser usados em moldes com grande profundidade. Os canais de ataque ficam dispostos em vrios nveis no canal de descida, inclinados em direo pea.

    Segundo Maehara e Esmeraldo (1989) o tamanho do canal de ataque no caso de ferros fundidos normalmente menor em relao rea do canal de distribuio e canal de descida e desta maneira se consegue minimizar a possibilidade de entrada de escrias. No caso de aos fundidos o canal de ataque deve ser maior para facilitar o enchimento, isto feito devido a m fluidez e a alta velocidade de solidificao. Sendo assim ser mais difcil evitar a entrada de escrias na cavidade do molde atravs do sistema de enchimento em aos fundidos. Desta maneira se deve prever a contra a entrada de escrias nos canais em estgios anteriores. Para evitar arraste de areia o formato do canal de ataque deve possuir raios de arredondamento, conforme mostrado na Figura 10.2.

    Figura 10.2: Formatos do incorretos e corretos para os canais de ataque para aos fundidos (MAEHARA E ESMERALDO, 1989).

    10.4 CANAIS DE DISTRIBUIO

    De acordo com Maehara e Esmeraldo (1989) o objetivo do canal de distribuio conduzir o fluxo de metal lquido sem que ocorra turbulncia danosa e na temperatura adequada at os canais de ataque. O tamanho do canal de distribuio depende da geometria da pea. Para evitar que o metal esfrie no interior do mesmo, s vezes se faz necessrio um aumento de rea em relao ao valor que foi calculado. Para aos fundidos, devido m fluidez e a alta velocidade de solidificao melhor usar um formato simplificado, existem vrios, conforme mostrados na Figura 10.3. Os formatos 1, 2 e 5, de forma retilnea, possuem maior facilidade para a ocorrncia de defeitos de expanso de areia, como por exemplo, a crosta. Por serem arredondados, os melhores formatos so o 3 e o 4.

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    39 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 10.3: Formatos dos canais de distribuio para aos fundidos (MAEHARA E ESMERALDO, 1989).

    Para os canais de distribuio Guleyupoglu (1997) apresenta as seguintes recomendaes:

    a) Embaixo do canal de descida o canal de distribuio deve possuir uma bacia rasa.

    b) O uso de uma extenso aps o ltimo canal de ataque recomendado para reter escrias.

    c) Sempre que possvel em pea oca, com formato cilndrico, o sistema de enchimento deve ser colocado na parte interna. Com esta disposio o sistema de enchimento demora mais para solidificar e reduz a possibilidade de ocorrerem trincas devido contrao da pea. A desvantagem deste sistema est na dificuldade para a remoo dos canais e rebarbao no setor de acabamento.

    d) Os canais de distribuio geralmente esto localizados no molde inferior.

    A Figura 10.4 mostra esquematicamente um sistema de enchimento para pea de ao fundido utilizando algumas das consideraes descritas por Guleyupoglu (1997).

    Figura 10.4: Esquema de um sistema de enchimento para ao fundido com relao 1:4:4 conforme sugerido por Guleyupoglu (1997).

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    11 SISTEMA DE CANAIS VERTICAIS PRESSURIZADOS

    O mtodo de calculo apresentado a seguir est baseado nas orientaes do manual da empresa DISAMATIC para as suas mquinas de moldar com linha de partio vertical, a qual sugere o uso de sistema de canais convergente como o mais adequado ao seu processo em funo dos seguintes fatores (DISA GATING, 1988):

    Produz peas com boa qualidade.

    Permite utilizar racionalmente a placa modelo.

    Permite tempo de vazamento curto.

    Aumenta a produtividade.

    Permite obteno de microestrutura uniforme nas peas.

    Reduz o trabalho de rebarbao.

    Permite tolerncia dimensional estreita.

    um sistema de canais que pode ser usado para muitos tipos de ligas e peas.

    A seguir se discute e apresentam-se as formulas que permitem o dimensionamento deste sistema de canais. Outros tipos de sistemas de canais verticais podem tambm ser usados para produo de peas boas, mas o sistema de canais pressurizados oferece vantagens econmicas e tecnolgicas. Para este sistema temos que levar em considerao a alta velocidade, sendo que a taxa de vazamento ou vazo para as peas posicionadas na metade do molde quase a mesma para as peas posicionadas na parte de cima do molde. Se a taxa de vazamento para as peas que ficam na parte inferior do molde muito alta, ento possvel que tais peas apresentem defeitos devido penetrao de metal, pinholes e porosidades por gases. O motivo que nesta regio temos uma grande turbulncia, e as peas que esto na parte de baixo do molde enchem muito rapidamente, resultando na ento chamada exploso de gs ou vazamento por choque (DISA GATING, 1988).

    Observando o diagrama da Figura 11.1, constata-se que as taxas de vazamento variam consideravelmente quando a altura metalosttica aumentada. Por exemplo, em um sistema de canais com rea de ataque de 100 mm2 com 100 mm de altura se produz uma vazo de 1 kg/s, entretanto para uma altura metalosttica de 400 mm e para a mesma rea do canal de ataque a vazo passa para 2 kg/s. Esta alta vazo a principal causa dos defeitos nas peas fundidas que esto na metade inferior dos moldes com diviso vertical (DISA GATING, 1988). O diagrama da Figura 11.1 deriva da seguinte formula:

    Q = vazo gravimtrica A = rea da seo de choque

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    g = acelerao da gravidade H = altura de vazamento d = densidade do metal fundido

    A formula acima verdadeira se o fluxo de metal ocorre em condies ideais sem perdas de carga, mas, na prtica o fluxo de metal est sujeito a perdas por frico e mudana de viscosidade o produz a perda de energia.

    Figura 11.1: Vazo em funo da rea do ataque e da altura de vazamento (DISA GATING, 1988).

    11.1 FATOR DE PERDAS

    Em considerao a perda de energia no sistema de canais um fator de perdas pode ser introduzido nos clculos. O fator de perdas () representa a reduo total de velocidade ou vazo a qual o metal esta sujeito no sistema de canais. A Figura 11.2 mostra que o fator de perda afetado por diversos itens. A perda de energia no sistema de canais e na pea s vezes causada tambm pela contrapresso de gases na cavidade do molde ou mtodo incorreto de vazamento. De outra maneira, a viscosidade do metal depende tambm da composio qumica, temperatura de vazamento e do tipo de metal (DISA GATING, 1988).

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    42 PS-GRADUAO EM ENGENHARIA METALRGICA

    Figura 11.2: Fatores que influenciam o fator de perda (DISA GATING, 1988).

    A Figura 11.3 mostra como a geometria do canal de ataque influencia no fator de perda. A mesma rea do canal de ataque pode gerar diferentes perdas no fluxo dependendo da espessura do ataque. Para canais de ataque mais grossos, menor ser o fator de perda.

    Figura 11.3: Fator de perdas para diferentes espessuras no canal de ataque (DISA GATING, 1988).

    O fator de perdas () um valor tipicamente emprico e pode ser estimado preliminarmente para efeito dos clculos do sistema de canais. O fator de perdas estimado poder mais tarde, quando o sistema de canais estiver sendo testado, ser

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    corrigido. Quando introduzir o fator de perdas no calculo da velocidade a formula ficar da seguinte maneira (DISA GATING, 1988):

    11.2 CALCULO DA REA DA SEO DE ATAQUE

    A vazo gravimtrica (Qg) pode ser descrita como sendo a quantidade de ferro em g (P) que passa atravs de um canal em um determinado perodo de tempo (t), temos assim a seguinte expresso matemtica:

    Qg = P/t

    O mesmo metal pode passar atravs do canal com a vazo (Qv) e pode ser descrito sob a vazo volumtrica, que dada pela velocidade do metal (V) que atravessa a seo transversal do canal (A), temos assim a seguinte expresso matemtica (DISA GATING, 1988):

    Qv = V . A

    Podemos igualar as duas formas de vazo, para isto, deve-se multiplicar a vazo volumtrica pela densidade (d) da liga em questo, temos ento a seguinte expresso matemtica (DISA GATING, 1988):

    P/t = d . V. A

    Agora possvel ento calcular a seo do canal de ataque com a seguinte expresso matemtica (DISA GATING, 1988):

    A = rea do canal de ataque ou choque (cm2) P = peso do metal que vai passar pelo canal de ataque (g) d = densidade do metal lquido (g/cm3) t = tempo de enchimento do molde (s) = fator de perdas g = acelerao da gravidade (980 cm/s) H = altura metalosttica (cm)

    Quando introduzimos as constantes, densidade do ferro fundido no estado lquido, 6,89 x 10-6 kg/mm3 e acelerao da gravidade, 9810 mm/seg2, expresso fica sendo:

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    11.3 FLUXO DO METAL NO SISTEMA DE CANAIS PRESSURIZADO

    Um fluxo laminar em um sistema de canais somente pode ser obtido se (DISA GATING, 1988):

    Se o sistema est continuamente cheio com metal e no existam vazios sendo ocupados por gases.

    Se a altura metalosttica constante.

    A Figura 11.4 apresenta um sistema de canais com grandes canais de distribuio e grandes canais de ataque. O resultado que o metal comea a encher as peas da parte debaixo do molde antes que o canal primrio e o funil estejam cheios e muito antes que as peas da parte de cima comeam a encher.

    Figura 11.4: Seqncia incorreta para enchimento de um molde com diviso vertical (DISA GATING, 1988).

    Os resultados gerados no esquema mostrado na Figura 11.4 podem ser os seguintes (DISA GATING, 1988):

    Os gases presos no sistema de canais de distribuio pelo sistema turbulento entrar na cavidade do molde e faro parte da pea.

    A turbulncia do metal poder erodir gro de areia que sero arrastados para a cavidade do molde.

    Escrias produzidas no metal no podero subir para a superfcie do metal no funil de vazamento, pois a coluna de metal no contnua.

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    O tempo total para o enchimento do molde ser maior em relao a um sistema onde ocorre o enchimento simultneo de todas as peas, o qual pode gerar defeitos causados pelo calor excessivo no molde.

    Devido ao excessivo tempo de enchimento, ocorre reduo na produtividade da mquina de moldar.

    Na Figura 11.5 as reas dos canais de distribuio e ataques foram reduzidas e ento o sistema de canais foi cheio em tempo menor, causando o seguinte:

    Rapidamente as alturas metalostticas foram cheias H1, H2 e H3, obtendo-se um fluxo de metal contnuo sem a presena de vazios em um tempo bem curto.

    Quase que simultaneamente o enchimento de todas as cavidades acontece, e ento possvel obter um tempo total de enchimento menor.

    Figura 11.5: Seqncia de enchimento adequada para um molde com diviso vertical (DISA GATING, 1988).

    A Figura 11.6 apresenta outro caso de um sistema com fluxo no continuo nos canais. As reas dos canais de distribuio so bem proporcionais e aps pouco segundos o sistema de canais est cheio. No terceiro segundo, Figura 11.6A, ambos as cavidades comeam a encher quase que simultaneamente.

    Aps 5 segundos o molde parece estar cheio, o fluxo de ferro ultrapassa o topo do funil e o operador interrompe o vazamento, Figura 11.6B. A fila de molde faz o movimento para frente, mas o nvel de ferro no funil baixa, Figura 11.6C. A razo para este evento devido ocorrncia de um fluxo muito pequeno de metal atravs dos canais de ataque, em outras palavras, existe um choque muito grande ou diferena de relao de reas muito grande entre canais de distribuio e ataques (DISA GATING, 1988).

    Tal situao pode causar:

    Vazamento incompleto. Solda fria nas peas, o vazador tenta salvar o molde vazando em seguida. Incluses de escria ou areia.

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    Figura 11.6: Vazamento do molde com sistema de canais de distribuio correto, mas com reas de ataques muito pequenas (DISA GATING, 1988).

    11.4 SEQNCIA DE ENCHIMENTO DO MOLDE

    Uma seqncia incorreta de enchimento da cavidade do molde em muitos casos a causa de defeitos nas peas fundidas. O dimensionamento incorreto dos canais de ataque pode causar o enchimento no simultneo de todas as cavidades, aumentar o tempo de vazamento, reduo de produtividade, mas tambm um srio aumento na quantidade de peas rejeitadas. No so somente as reas dos canais de ataque que so importantes para proporcionar um adequado enchimento do sistema, mas tambm a proporo entre as reas dos canais de ataque e canais de distribuio, ou seja, a relao de reas do sistema possui grande influencia. Em outras palavras, as reas dos canais de ataque em nosso exemplo podem estar dimensionadas corretamente de acordo com a altura metalosttica, mas mesmo assim o enchimento das cavidades pode ser incorreto. Isto pode ocorrer se os canais de distribuio no forem cheios completamente com o metal durante a operao de vazamento (DISA GATING, 1988).

    No caso apresentado na Figura 11.4 necessrio fazer o ajuste das dimenses dos canais de distribuio para reduzir o tempo de enchimento com o metal. O ajuste das reas do sistema de canais deve favorecer uma seqncia de enchimento que possibilite o enchimento simultneo de todas as cavidades do molde. O tempo de enchimento do sistema de canais bem como o tempo total de enchimento deve ser o mais curto possvel (DISA GATING, 1988).

    11.5 OBSERVANDO A SEQUENCIA DE ENCHIMENTO DA CAVIDADE

    No difcil obter a informao a respeito do enchimento da cavidade do molde na prtica quando o metal vazado em uma fileira de moldes que esto em movimento, como o caso dos moldes feitos em uma mquina do tipo Disamatic.

    Existe uma boa possibilidade de voc obter a informao da seqncia de enchimento das cavidades do molde atravs da interrupo do vazamento. A idia que os primeiros moldes no sejam cheios completamente, necessrio que o vazamento seja interrompido aps 3 segundos, os prximos em 5 segundos e assim por diante em tempos variados, at que o ltimo fique completamente cheio. Desta forma, fica fcil observar a seqncia de enchimento que ocorreu, basta recolher os conjuntos na desmoldagem e observar se o enchimento das cavidades foi simultneo. A Figura 11.7 mostra uma seqncia de fotos de um sistema com

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    vazamento interrompido no qual a seqncia de enchimento no ocorreu de modo simultneo (DISA GATING, 1988).

    Tempo enchimento = 2s

    Tempo enchimento = 3 e 4s

    Tempo enchimento = 5 e 6s

    Tempo enchimento = 7s

    Figura 11.7: Teste feito com interrupo do vazamento em um molde com seqncia de enchimento no simultnea em todas as cavidades (DISA GATING, 1988).

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    11.6 NOMOGRAMA PADRO

    A empresa Disamatic recomenda o nomograma padro para calcular os sistemas de canais. O nomograma da Figura 11.8 une os fatores da formula para o calculo da rea da seo do canal de ataque (DISA GATING, 1988). Para uso do monograma necessrio ter os seguintes dados:

    -O peso de cada pea (kg). -O tempo de enchimento de cada cavidade (s). -O fator de perdas - . -A altura metalosttica (mm).

    Figura 11.8: Nomograma padro para calcular canais de ataque para ferros fundidos (DISA GATING, 1988).

    11.7 PESO DA PEA

    O peso da pea um item encontrado no monograma, o qual usado para determinar a rea da seo do canal que est prxima da cavidade da pea, Figura 11.9A. s vezes, quando necessrio o uso de um massalote, o peso do massalote e do pescoo devem ser considerados como parte da pea, Figura 11.9B. s vezes duas peas so alimentadas por um massalote, em tais casos, deve-se considerar o peso das duas peas e mais o peso do massalote com o pescoo, Figura 11.9C. Finalmente, a seco do brao do canal de distribuio calculada com base no peso total de metal que vai passar neste local, Figura 11.9D (DISA GATING, 1988).

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    Figura 11.9: A seco dos canais de ataque e de distribuio determinada de acordo com o peso de metal que ir fluir atravs destas reas (DISA GATING, 1988).

    11.8 TEMPO DE VAZAMENTO

    Para escolher o tempo de vazamento, os seguintes fatores deveam ser levados em considerao (DISA GATING, 1988):

    O tempo total de vazamento (T2) a soma do tempo de vazamento da cavidade da pea (T) e do tempo necessrio para preencher o sistema de canais (T1).

    O tempo total mximo de vazamento deve ser menor que o tempo do ciclo de moldagem da mquina (t).

    O tempo do ciclo da mquina (t2) a soma do tempo do ciclo de moldagem (t) e o tempo de transporte do molde, aps o vazamento (t1), que normalmente de 2 a 3 segundos.

    O tempo total de vazamento (T2) deve geralmente ser o mais curto possvel e sempre menor que o tempo do ciclo de moldagem (t).

    Dependendo do desenho do sistema de canais e do tipo de pea, o tempo de enchimento do sistema de canais (T1) normalmente entre 1 a 2 segundos. O tempo mnimo para encher a cavidade da pea (T) depende do tipo e do peso da pea. O tempo mximo disponvel para encher a cavidade da pea (T) depende do tipo de mquina e da produtividade necessria.

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    O que foi descrito acima pode ser resumido da seguinte forma:

    T + T1 < 3600/p (s)

    T + T1 < t

    onde:

    T = tempo para encher a cavidade da pea (s) T1 = tempo para encher o sistema de canais (s) t = tempo do ciclo de moldagem (s) p = produo de molde por hora

    11.9 ALTURA METALOSTTICA

    A altura metalosttica determinada como sendo a distncia entre a linha central do canal de ataque e o nvel de metal no copo ou funil de vazamento, conforme mostra a Figura 11.10 (DISA GATING, 1988).

    Figura 11.10: Altura metalosttica (DISA GATING, 1988).

    11.10 EXEMPLO DE UM DIMENSIONAMENTO

    11.10.1 Distribuio na placa modelo

    Para o clculo a seguir ser considerado a pea e os dados apresentados na Figura 11.11. Antes de desenhar o layout da placa modelo, s distncias de segurana (A, B e C) devem ser definidas. Para este propsito a Tabela 11.1 do manual Patterns e Cores (Modelos e Machos) devero ser usadas.

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    Figura 11.11: Esquema para definir os limites de utilizao da placa modelo (DISA PATTERNS E CORES, 1988).

    Tabela 11.1: Distncias entre peas e bordas das placas modelos, mquinas Disamatic modelos 1013, 2120/B e 2130/B.

    Espessura de parede da pea (mm)

    Mdulo de solidificao

    (mm) Altura total do modelo

    (mm) Distncia

    no topo A (mm)

    Distncia na lateral B

    (mm) Distncia no

    fundo C (mm)

    0-10 0-0,5 0-100 100-200 200-300

    70 30-40 50-60 70-80

    30-40 50-60 70-80

    10-15 0,5-0,75 0-100 100-200 200-300

    70 50-60 70-80

    90-100

    40-50 60-70 80-90

    15-20 0,75-1,0 0-100 100-200 200-300

    70 60-70 80-90

    100-110

    50-60 70-80 90-100

    20-25 1,0-1,25 0-100 100-200 200-300

    70 70-80 90-100

    110-120

    60-70 80-90

    100-110 25- 1,25- 0-100

    100-200 200-300

    70 80-90 100-110 120-130

    70-80 90-100

    110-120 Fonte: DISA PATTERNS E CORES, 1988.

    As informaes sobre a pea a ser produzida neste exemplo so:

    -Espessura de parede da pea = 20,0 mm -Atura total do modelo = 20,0 mm

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    Os dados de sada sero:

    -Distncia da borda superior da placa at o modelo, A = 70 mm -Distncia da borda lateral da placa at o modelo, B = 60 mm -Distncia da borda inferior da placa at o modelo, C = 50 mm

    A Figura 11.12 mostra as principais informaes referentes pea que ser usada neste exerccio. Considerando-se que no sero necessrios machos e massalotes para este exemplo, o sistema de enchimento pode ser conforme mostra a Figura 11.13.

    Figura 11.12: Pea e dados a serem usados no exemplo de calculo do sistema de canais (DISA GATING, 1988).

    Figura 11.13: Layout do sistema de canais que est sendo usado no exemplo (DISA GATING, 1988).

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    11.10.2 Dimensionamento dos ataques

    Aps definio dos modelos sobre a placa e a forma do sistema de canais, as reas das sees dos canais de distribuio e ataques podem ser calculados usando o nomograma padro, Figura 11.14.

    Os dados de entrada so:

    -Peso de cada pea (P) = 1,8 kg.

    -Tempo de enchimento das cavidades das peas. -Tempo total do ciclo (t2), mximo.

    t2 = 3600s/h = 10 s/molde 360 moldes/h

    -Deduzir o tempo para transporte do molde (t1), que dado pelo ciclo de moldagem de 2 s.

    t = 10 2 = 8 s

    -Deduzir o tempo para encher o sistema de canais (T1), que de 2 s, tem-se ento o tempo para encher a cavidade das peas.

    T < 8 2 = 6 s -Fator de perdas = 0,5

    -Alturas metalostticas, obtidas do layout da placa modelo conforme a Figura 11.13:

    H1 = 150 mm H2 = 250 mm H3 = 350 mm

    Dados de sada do nomograma da Figura 11.14, para as reas dos canais de ataque:

    A1 = 50 mm2 A2 = 40 mm2 A3 = 33 mm2

    De maneira resumida a Tabela 11.2 mostras os dados de entrada e os de sada obtidos nos clculos dos canais de ataque.

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    Tabela 11.2: Dados de entrada e de sada usados no exemplo para a determinao da seco dos canais de ataque (DISA GATING, 1988).

    Dados de entrada Sada Descrio Peso da

    pea (kg)

    Tempo para enchimento da

    cavidade (s) Fator de

    perdas () Altura

    metalosttica (mm)

    rea do canal de ataque (mm2)

    Ataque para nvel H1

    1,8 6 0,5 150 50

    Ataque para nvel H2

    1,8 6 0,5 250 40

    Ataque para nvel H3

    1,8 6 0,5 350 33

    Figura 11.14: reas dos canais de ataque e de distribuio foram obtidas diretamente do nomograma usando-se os dados da tabela 1 (DISA GATING, 1988).

    11.10.3 Dimensionando os canais primrios

    A Disamatic adota para o sistema de canais primrios uma padronizao, conforme mostra a Figura 11.15 e a Tabela 11.3. A seco transversal dos canais primrios do tipo trapezoidal, a relao entre a largura e espessura mostrada na Figura 11.15.

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    Figura 11.15: Formato trapezoidal padronizado do canal de distribuio (DISA GATING, 1988).

    Tabela 11.3 Dimenses padronizadas para a cota A e respectivas reas para os canais primrios (DISA GATING, 1988).

    No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 a

    (mm) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

    rea (mm2)

    75 108 147 192 243 300 363 432 507 588 675 768 867 972 1063 1200

    A rea (A4) do canal primrio vertical deve ser suficiente para levar o fluxo de metal que vai alimentar os canais de ataque que esto conectados neste canal primrio, a Figura 11.16 mostra esquematicamente o sistema enchimento.

    Portanto:

    A4 > 2 (A1 + A2 + A3)

    A4 > 2 (50 + 40 + 33)

    A4 > 246 mm2

    Para compensar as perdas no fluxo devido a mudanas na direo do fluxo de metal, a rea da seo transversal do canal primrio vertical (A4) dever ser de 10 a 20% maior que a soma dos ataques que esto conectados neste canal de distribuio. E neste caso um aumento de 10% gera um canal primrio (A4) com 270 mm2

    O valor calculado para o canal primrio vertical (A4) foi de 270 mm2, mas, na tabela de canais primrios padronizados, Figura 11.17, o valor mais prximo a ser usado

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    ser o canal de No. 6, o qual possui seo transversal de 300 mm2 , com valor da cota a = 10 mm.

    O tamanho do canal primrio horizontal (A5) ir normalmente ser escolhido como sendo um ou dois tamanhos maiores que o canal primrio vertical conectado neste, o qual neste caso foi o canal primrio No. 8, com valor da cota a = 12 mm.

    Figura 11.16: Sistema de enchimento do exemplo em questo e as posies dos ataques e canais primrios (DISA GATING, 1988).

    Figura 11.17: Forma final dos canais de ataque e dos canais primrios calculados no exemplo (DISA GATING, 1988).

    A forma final dos canais de ataque e dos canais de distribuio apresentada na Figura 11.17. Para um melhor controle do fluxo, canais primrios verticais cnicos deveriam ser usados, conforme mostra a Figura 11.18 (DISA GATING, 1988).

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    Desta forma, conforme apresentado na Figura 11.18, ir haver uma melhor pressurizao do sistema de canais. O mesmo efeito pode ser obtido pela aplicao de um canal de distribuio vertical que consiste de trs peas com diferentes seces transversais e que podem ser calculadas a partir do nomograma. Como pode ser apresentado na Figura 11.6, onde as reas A4, A6 e A7 sero calculadas usando-se os pesos das peas P4, P6 e P7 e as respectivas alturas metalostticas H4, H6 e H7 (DISA GATING, 1988).

    Figura 11.18: Canais primrios verticais cnicos (DISA GATING, 1988).

    11.10.4 Copo de vazamento

    A ltima parte do sistema de canais a ser determinada o copo de vazamento. Um bom copo de vazamento deve apresentar as seguintes caractersticas (DISA GATING, 1988):

    Transferncia do metal para o sistema de canais deve ser feita da maneira mais rpida possvel para que se obtenha a estabilidade da presso metalosttica do sistema, a qual foi usada para calcular as reas dos canais de ataque.

    Possua um desenho e tamanho tal que corresponda vazo (kg/s) para o qual o sistema foi dimensionado.

    Evite a formao de respingos de metal. Assegure a separao primria de escrias, permitindo que impurezas e

    escrias possam ficar na superfcie do banho. Impea a formao de excesso de metal sobre a superfcie do molde.

    A Disamatic desenvolveu um copo de vazamento, o qual recomendado para todos os tipos de ligas. Seu formato hexagonal com um funil curvo para evitar a turbulncia e os respingos de metal para fora dele. O jato de metal no deve colidir no centro do copo, ele dever, todavia ser feito em direo a regio curva do funil (DISA GATING, 1988).

    Os copos de vazamento padronizados so classificados de acordo com a vazo (kg/s) que eles devem garantir. Para determinar o tamanho do copo de vazamento deve se dividir o peso total de metal a ser vazado no molde (P2) pelo tempo total de vazamento (T2) (DISA GATING, 1988).

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    Considerando que o rendimento metlico de aproximadamente 75% e peso total das peas (P) no molde de 21,6 kg, conforme o exemplo, ento o peso total de metal ser:

    P2 = P 1,33 P2 = 28,7 kg

    O tempo total de vazamento: T2 = T + T1 T2 = 6 +2 T2 = 8 s

    A vazo necessria a partir do copo de vazamento ser: P2/T2 = 28,7/8 = 3,6kg/s

    Portanto neste exemplo ser usado o copo No. 4, conforme os dados obtidos a partir da Figura 11.19.

    Figura 11.19: Copos de vazamento padronizados e suas dimenses para diferentes vazes (DISA GATING, 1988).

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    REFERNCIAS

    AFS American Foundrymens Society, Ductile Iron Handbook, Illinois, 1992.

    AFS American Foundrymenss Society, Aluminun Casting Technology, 2o edio, Illinois, 1993.

    Campbell, J. Castings, Oxford, 1995.

    DISA A/S Patterns e Cores, HERLEV, 1988.

    DISA A/S, Gating, HERLEV, 1988.

    Guleyupoglu, S. Casting Process Design Guidelines. AFS Transactions, 1997.

    Maehara, Y. Esmeraldo, J. N. Padres de fabricao para aos fundidos, v1, 1989.

    Mariotto, C. L. Albertin, E. Fuoco, R. Sistemas de Enchimento e Alimentao de Peas Fundidas, 1a edio, Associao Brasileira de Metais (ABM), So Paulo, 1987.

    Webster, P. D. Fundamentals of Foundry Technology, Norwich, 1980.