Sebenta · Efetuar o controlo dimensional dos moldes de fundição (UC05033)

Introdução

Esta sebenta acompanha a unidade curricular Efetuar o controlo dimensional dos moldes de fundição, do curso de Técnico/a de Fundição. Um molde é a matriz de tudo o que a fundição produz: se o molde estiver fora das cotas, todas as peças fundidas a partir dele repetem o mesmo desvio, lote atrás de lote. O controlo dimensional é o filtro que confirma se um molde de fundição está pronto para entrar em produção.

O percurso desta UC segue sempre a mesma lógica: analisar os requisitos, as especificações técnicas e funcionais do molde, preparar e verificar os equipamentos de medição e, por fim, realizar e registar as medições de moldes. Estas três ações são as realizações oficiais desta UC e organizam toda a matéria que se segue. À volta delas, quatro critérios de desempenho: preparar os meios e equipamentos em função do molde, selecionar os instrumentos certos, verificar o toleranciamento dimensional e interpretar as conclusões do controlo dimensional.

Ao longo dos próximos capítulos vamos conhecer o desenho técnico do molde, as cotas funcionais e auxiliares, as margens de sobredimensionamento por contração e por maquinação, as inclinações angulares (saídas), o toleranciamento dimensional e geométrico, os conceitos de precisão, exatidão e resolução, a constituição de um molde (placas-molde, caixas de machos e prensos), os instrumentos de medição (réguas, escantilhões, esquadros, paquímetros, sutas, graminhos e compassos), a estratégia de medição, os registos e a interpretação das conclusões, e, por fim, as normas de organização, segurança, resíduos, ambiente e qualidade que atravessam toda a atividade.

1. Controlo dimensional de moldes: objetivo e âmbito

Controlar dimensionalmente um molde é confirmar, com instrumentos de medição adequados, que as suas cotas respeitam o desenho técnico e o toleranciamento definido, antes de o molde ser aprovado para a indústria de fundição.

As três realizações da UC

O âmbito aplica-se a moldes, placas-molde, caixas de machos e prensos, sempre no contexto da indústria de fundição.

2. Ler o desenho técnico do molde

Interpretar desenhos de fabrico é a primeira aptidão do referencial, e é o ponto de partida obrigatório de qualquer controlo dimensional.

Normas, projeções, cortes e secções

• Projeções ortogonais: vistas de frente, de cima e de lado, relacionadas entre si segundo normas de representação.
• Cortes: secção imaginária do molde que mostra o interior (a cavidade, o sistema de gitagem) sem alterar a peça real.
• Secções: corte pontual de um pormenor, sem cortar a peça toda.
• Escala: a proporção entre o desenho e o molde real, sempre indicada na legenda do desenho.

Cotagem, simbologia e anotações

A cotagem (linhas de cota, de extensão e setas) indica o valor exato de cada dimensão. A simbologia normalizada substitui texto: diâmetro (Ø), raio (R), quadrado (▢) e indicações de acabamento superficial. As anotações junto ao desenho trazem informação que não cabe numa cota, como o material do molde ou a tolerância geral aplicável quando não há tolerância indicada cota a cota.

3. Cotas funcionais e auxiliares

A diferença que decide o que medir

• Cota funcional: condiciona diretamente o funcionamento da peça, por exemplo um encaixe, um alinhamento ou uma folga. Tem de ser sempre verificada.
• Cota auxiliar (ou de referência, escrita entre parênteses no desenho): ajuda a interpretar o desenho, mas resulta de outras cotas e não é objeto de fabrico nem de controlo direto.

Distinguir as duas é decisivo para a estratégia de medição: gastar tempo numa cota auxiliar é desperdício; saltar uma cota funcional é arriscar uma peça não conforme.

Exemplo resolvido: identificar cotas num molde

Um molde de uma tampa tem três cotas indicadas: (a) o diâmetro do rebordo onde encaixa a base, Ø80 mm; (b) a espessura da parede, 4 mm; (c) uma cota entre parênteses, (88), que resulta da soma de (a) com a espessura de ambos os lados.

Resolução: (a) e (b) são cotas funcionais, condicionam o encaixe e a resistência da peça e têm de constar do plano de verificação. (c) é uma cota auxiliar, resulta do cálculo 80 + 4 + 4 = 88, e serve apenas para ajudar a ler o desenho, não entra no plano de verificação.

4. Margens de sobredimensionamento: contração e maquinação

Margem de contração

O metal contrai ao arrefecer e solidificar. Por isso o molde e as placas-molde não têm exatamente as cotas da peça final: têm as cotas aumentadas pela margem de contração da liga a fundir. Cada liga metálica tem um coeficiente de contração linear próprio, e a régua de contração do modelador já vem com a escala expandida por esse coeficiente.

Exemplo resolvido: calcular a cota do molde

Uma peça final de ferro fundido tem 300 mm de comprimento. O coeficiente de contração linear do ferro fundido é de cerca de 1%.

Resolução: cota do molde = 300 × (1 + 0,01) = 300 × 1,01 = 303 mm. O molde constrói-se com 303 mm para que, depois de a peça contrair 1% ao arrefecer, o comprimento final fique nos 300 mm pretendidos.

Margem de maquinação

É a sobre-espessura deixada nas superfícies que vão ser maquinadas depois da desmoldação, tipicamente alguns milímetros por face, para garantir material suficiente sem desperdiçar liga. Soma-se depois da margem de contração, sempre nas faces indicadas no desenho técnico como sujeitas a maquinagem posterior.

5. Inclinações angulares (saídas)

As inclinações angulares, ou saídas, são pequenos ângulos dados às paredes verticais do molde para permitir retirar o modelo (ou a peça, nos moldes permanentes) sem arrastar nem danificar a cavidade. Sem saída, o atrito ao longo da parede vertical danifica o molde ao desmoldar. O valor típico situa-se entre 1° e 3°, dependendo do processo, da altura da parede e do material do molde.

Exemplo resolvido: calcular a abertura de uma saída

Uma parede do molde tem 80 mm de altura e uma saída especificada de 1°30'.

Resolução: abertura extra = altura × tan(ângulo) = 80 × tan(1,5°) ≈ 80 × 0,0262 ≈ 2,1 mm. A parede fica 2,1 mm mais larga no topo do que na base, apenas por causa da saída. É essa diferença que a medição de controlo confirma, comparando o ângulo real com o especificado no desenho técnico.

Uma saída insuficiente prende o modelo ao desmoldar; uma saída excessiva engorda a peça fora de tolerância.

6. Toleranciamento dimensional e geométrico

Toleranciamento dimensional

Nenhuma cota se fabrica exata: define-se um intervalo aceitável à volta da cota nominal (o valor de referência), delimitado por desvios para mais e para menos (por exemplo, +0,3 / −0,1 mm). A diferença entre o limite máximo e o mínimo aceitáveis é o campo de tolerância. Muitas cotas de fundição seguem normas de tolerâncias gerais, aplicáveis sempre que o desenho não indica uma tolerância específica cota a cota. Verificar o toleranciamento dimensional é um dos quatro critérios de desempenho da UC.

Toleranciamento geométrico

Uma face pode ter a cota certa e ainda assim estar empenada: o toleranciamento geométrico apanha esse tipo de defeito, que o toleranciamento dimensional sozinho não deteta. Os dois são complementares, nunca se substituem.

7. Metrologia dimensional: precisão, exatidão e resolução

• Exatidão: quão perto o valor medido está do valor verdadeiro.
• Precisão: quão repetíveis são várias medições da mesma cota entre si, mesmo que erradas.
• Resolução: o menor incremento que o instrumento consegue mostrar ou distinguir.

Identificar a resolução do instrumento de medição é uma aptidão explícita desta UC: o instrumento escolhido tem de ter resolução compatível com a tolerância a verificar.

Exemplo resolvido: precisa mas não exata

Um técnico mede cinco vezes a mesma cota com um paquímetro descalibrado: 60,40; 60,41; 60,39; 60,40; 60,41 mm. O valor verdadeiro, certificado por padrão, é 60,00 mm.

Resolução: as medições são muito precisas (dispersão inferior a 0,02 mm entre si), mas pouco exatas (afastadas 0,40 mm do valor verdadeiro). A causa mais provável é um erro sistemático do instrumento, por exemplo o zero mal ajustado. A solução não é medir mais vezes, é calibrar ou verificar o instrumento antes de continuar a medir.

8. Constituição de um molde

Placas-molde, caixas de machos e prensos

• Placas-molde: suportam o modelo e orientam a moldação mecânica; as suas cotas condicionam todos os moldes de areia produzidos a partir delas.
• Caixas de machos: dão forma aos machos que criam os vazios internos da peça; a cota interna é crítica porque deixa de ser visível depois de o macho estar montado no molde.
• Prensos: os elementos de aperto e centragem que garantem que as duas metades do molde fecham na posição exata, sem desalinhamento.

Materiais e normas aplicáveis

Os materiais do molde (madeira, resina, metal) e do macho (areia curada) têm comportamentos diferentes ao desgaste e à temperatura, o que afeta a estabilidade das cotas ao longo do tempo de uso. As normas aplicáveis a cada tipo de molde definem tolerâncias, simbologia e requisitos de controlo próprios da indústria de fundição. Interpretar as normas aplicáveis é outra aptidão explícita: um técnico competente sabe onde procurar a norma certa antes de decidir sozinho.

9. Preparar e verificar os equipamentos de medição

O primeiro critério de desempenho da UC é assegurar a preparação dos meios e equipamentos em função do molde.

Preparação

1. Escolher os instrumentos adequados às cotas a verificar e à sua resolução.
2. Limpar as superfícies de referência e as pontas de medição, resíduos de areia falseiam a leitura.
3. Confirmar o zero e, quando aplicável, calibrar contra um padrão conhecido.
4. Consultar os manuais dos equipamentos de medição para os procedimentos corretos de cada instrumento.

Plano de verificação e procedimentos operacionais

O plano de verificação define, para cada molde, que cotas medir, com que instrumento, em que sequência e com que critério de aceitação. Os procedimentos operacionais de medição garantem que dois técnicos diferentes medem a mesma cota da mesma forma. O plano de verificação é um documento vivo: atualiza-se sempre que o desenho técnico do molde muda.

10. Instrumentos de medição linear e angular básicos

Réguas graduadas e escantilhões

A régua graduada é o instrumento mais simples, com resolução tipicamente de 1 mm ou 0,5 mm, adequado a cotas grandes onde não é exigida grande precisão. O escantilhão de raio é um conjunto de lâminas finas, cada uma com um raio próprio (côncavo e convexo), usadas por comparação direta com o raio do molde: não há leitura numérica, verifica-se se a lâmina assenta sem folga de luz.

Esquadros e transferidores simples

O esquadro verifica a perpendicularidade entre duas faces do molde, por comparação visual da folga de luz entre a face e a lâmina. O transferidor simples mede ângulos com resolução tipicamente de 1°, suficiente para verificações rápidas e pouco exigentes. Quando a tolerância angular é apertada, o transferidor simples já não chega, sendo necessário um instrumento com maior resolução, como a suta universal.

11. O paquímetro

Tipos e o que cada um mede

Aplicar os procedimentos de medição de dimensões externas e internas, e de profundidade, com paquímetros analógicos, digitais ou de profundidade, é uma aptidão explícita desta UC.

Exemplo resolvido: ler o nónio de um paquímetro analógico

O traço zero do nónio fica entre os 23 mm e os 24 mm da escala fixa. O nónio tem 20 divisões (resolução 0,05 mm) e o traço que melhor alinha com a escala fixa é o 7.º.

Resolução: valor lido = 23 mm + (7 × 0,05 mm) = 23 + 0,35 = 23,35 mm. Regra geral: lê-se primeiro o número inteiro de milímetros antes do zero do nónio, depois soma-se o número de divisões do nónio até ao traço alinhado, multiplicado pela resolução do nónio.

Aplicar os processos e cuidados para evitar erros de leitura é uma aptidão à parte: ler o nónio com o olho fora do eixo (erro de paralaxe) é a causa mais comum de leituras erradas neste instrumento.

12. Sutas e goniómetros

A suta universal

A suta (ou goniómetro de precisão) mede ângulos com muito mais resolução do que um transferidor simples: tem um nónio angular, com resolução típica de 5 minutos de arco (5'). Usa-se para verificar inclinações angulares (saídas) do molde e outras cotas angulares apertadas.

Exemplo resolvido: ler uma suta universal

A escala fixa da suta indica 42° completos. O nónio angular, com divisões de 5', alinha melhor no 3.º traço.

Resolução: valor lido = 42° + (3 × 5') = 42° + 15' = 42°15'. Este valor compara-se diretamente com a saída especificada no desenho técnico do molde, dentro do campo de tolerância angular definido. Atenção à conversão: 60 minutos de arco fazem 1 grau, por isso 15' equivalem a 0,25° decimais, não a 0,15°.

13. Graminhos e compassos

O graminho

O graminho é um instrumento montado sobre uma base assente numa mesa de referência plana, com um apalpador ou risco que se desloca na vertical. Serve para medir alturas e para traçar linhas de referência a uma altura precisa sobre a peça ou o molde. A base tem de assentar numa superfície plana e limpa: qualquer resíduo por baixo falseia todas as alturas medidas a partir daí.

Compassos de exteriores e de interiores

• Compasso de exteriores: pernas curvadas para dentro, usado para transferir uma dimensão exterior.
• Compasso de interiores: pernas curvadas para fora, usado para transferir uma dimensão interior, como um furo ou uma ranhura.

Não têm escala própria: ajustam-se por tato contra a peça, e o valor lê-se depois transferindo a abertura para uma régua graduada. São instrumentos simples, úteis para uma primeira verificação rápida antes de confirmar o valor exato com um paquímetro.

14. Estratégia de medição e erros de leitura

Definir a estratégia

Definir a estratégia de medição e de verificação é uma aptidão central: decide, antes de tocar em qualquer instrumento, o quê, com quê e por que ordem medir. Prioriza-se sempre as cotas funcionais do plano de verificação, escolhe-se o instrumento cuja resolução seja compatível com a tolerância da cota, e posiciona-se o molde de forma estável, apoiado nas suas referências, antes de qualquer leitura.

Cuidados para evitar erros de leitura

Um instrumento certo, mal usado, dá uma leitura errada com a mesma certeza que um instrumento errado.

15. Registar e interpretar as conclusões do controlo dimensional

Preencher os registos de medições

Cada medição regista-se com: cota, valor nominal, valor medido, instrumento usado e resultado (conforme ou não conforme). O registo dá rastreabilidade: liga cada molde ao técnico, ao instrumento e à data da medição. Sem registo, uma medição correta vale tão pouco quanto uma não feita, não há prova nem histórico.

Interpretar os resultados e as conclusões

Interpretar as conclusões do controlo dimensional é o último critério de desempenho da UC, e fecha o ciclo iniciado na análise do desenho técnico. Compara-se cada valor medido com os limites de tolerância: dentro é conforme, fora é não conforme. Uma cota não conforme obriga a decidir entre retificar o molde, se possível, ou rejeitá-lo. Interpretar os resultados no conjunto, e não cota a cota isolada, revela padrões: várias cotas na mesma direção sistematicamente fora aponta antes para desgaste do molde do que para erro aleatório de medição.

16. Organização, segurança, resíduos, ambiente e qualidade

Um conjunto de normas transversais acompanha todas as fases anteriores:

• Organização da área e posto de trabalho: instrumentos arrumados, área limpa, moldes identificados, boas práticas e procedimentos.
• Riscos e prevenção de acidentes: moldes pesados, arestas vivas, superfícies ainda quentes vindas da fundição.
• Equipamentos de proteção individual (EPI): luvas, calçado de proteção e, junto de moldes metálicos ou em movimento, proteção adequada.
• Normas de segurança e saúde no trabalho, aplicadas em toda a operação de medição.
• Normas de gestão de resíduos: areia, aparas e material de limpeza separados e encaminhados corretamente.
• Normas de proteção ambiental, cumpridas durante toda a atividade de controlo.
• Normas da qualidade: procedimentos normalizados, registos auditáveis e rastreabilidade do molde ao relatório final.

Erros comuns

• Começar a medir sem analisar primeiro o desenho técnico nem preparar os equipamentos.
• Deduzir uma cota somando ou subtraindo outras, em vez de ler a cota certa no desenho.
• Confundir cota funcional com cota auxiliar, gastando tempo onde não importa e saltando o que importa.
• Esquecer a margem de contração ou de maquinação ao comparar o molde com a cota da peça final.
• Medir o nónio do paquímetro com o olho fora do eixo (paralaxe), falseando a leitura.
• Confiar num instrumento só porque as leituras se repetem, ignorando que podem ser precisas mas não exatas.
• Medir uma peça ainda quente vinda da desmoldação, sem esperar que estabilize à temperatura ambiente.
• Registar só o resultado final ("conforme") sem guardar o valor medido, perdendo rastreabilidade.
• Tratar resíduos de fundição como lixo comum, ignorando as normas de gestão de resíduos.

Glossário

• Controlo dimensional: verificação de que as cotas de um molde respeitam o desenho técnico e o toleranciamento.
• Cota funcional: cota que condiciona diretamente o funcionamento da peça.
• Cota auxiliar: cota de referência, resultante de outras, sem ser objeto de controlo direto.
• Margem de contração: sobredimensionamento do molde para compensar a contração do metal ao solidificar.
• Margem de maquinação: sobre-espessura deixada para ser removida por maquinagem posterior.
• Saída (inclinação angular): ângulo dado às paredes verticais do molde para permitir a desmoldação.
• Toleranciamento dimensional: intervalo de valores aceitáveis à volta de uma cota nominal.
• Toleranciamento geométrico: exigência de forma, orientação ou posição, independente da dimensão.
• Exatidão: proximidade entre o valor medido e o valor verdadeiro.
• Precisão: repetibilidade entre medições sucessivas da mesma cota.
• Resolução: menor incremento que um instrumento consegue distinguir.
• Placa-molde: suporte do modelo usado na moldação mecânica.
• Caixa de machos: molde onde se forma o macho de areia.
• Prenso: elemento de aperto e centragem das metades do molde.
• Nónio: escala auxiliar que multiplica a resolução de leitura de um instrumento.
• Suta: instrumento de medição angular de precisão, com nónio.
• Graminho: instrumento de medição e traçagem de alturas, apoiado numa mesa de referência.
• Plano de verificação: documento que define cotas, instrumentos, sequência e critérios de aceitação.

Síntese

O controlo dimensional de moldes de fundição segue sempre a mesma sequência: analisar os requisitos e as especificações técnicas e funcionais do molde a partir do desenho técnico, preparar e verificar os equipamentos de medição em função das cotas e das tolerâncias a controlar, e realizar e registar as medições, comparando cada valor com o toleranciamento dimensional e geométrico definido. As margens de contração e de maquinação, e as inclinações angulares (saídas), explicam porque o molde tem cotas diferentes da peça final. Os conceitos de precisão, exatidão e resolução guiam a escolha do instrumento; réguas, escantilhões, esquadros, paquímetros, sutas, graminhos e compassos cobrem, cada um à sua escala, as medições lineares e angulares necessárias. O ciclo fecha-se ao interpretar as conclusões do controlo, sempre com rigor, organização, segurança, gestão de resíduos, proteção ambiental e respeito pelas normas da qualidade.

Exercícios resolvidos

1. Um molde de ferro fundido tem de produzir uma peça final com 250 mm de comprimento. Sabendo que o coeficiente de contração linear do ferro fundido é de cerca de 1%, qual é a cota a que o molde deve ser construído?

Resolução: cota do molde = 250 × (1 + 0,01) = 250 × 1,01 = 252,5 mm. É a esta cota que o molde e a placa-molde são construídos, para que a peça, depois de contrair 1% ao solidificar e arrefecer, fique com os 250 mm pretendidos.

2. Um técnico mede a mesma cota do molde três vezes com um esquadro e obtém sempre "passa" (folga de luz aceitável), mas depois confirma com uma suta universal que a saída está a 0°40', quando o desenho pede 1°30'. O que correu mal?

Resolução: o esquadro só dá uma resposta qualitativa (passa ou não passa), sem resolução suficiente para detetar um desvio de menos de 1° numa cota angular apertada. A estratégia de medição devia ter escolhido logo a suta universal (resolução de 5') para esta cota, por ser compatível com a tolerância exigida.

3. Explica a diferença entre uma cota funcional e uma cota auxiliar, e diz qual delas entra sempre no plano de verificação.

Resolução: a cota funcional condiciona o funcionamento da peça (um encaixe, um alinhamento, uma folga) e tem de ser sempre verificada. A cota auxiliar, normalmente entre parênteses, resulta de outras cotas e serve só para ajudar a ler o desenho, não é objeto de fabrico nem de controlo. Só a cota funcional entra no plano de verificação.

4. Uma parede de um molde tem 100 mm de altura e uma saída de 2°. Calcula a abertura extra no topo da parede.

Resolução: abertura extra = altura × tan(ângulo) = 100 × tan(2°) ≈ 100 × 0,0349 ≈ 3,5 mm. A parede fica cerca de 3,5 mm mais larga no topo do que na base, só por causa da saída especificada.

5. Um paquímetro digital lê 45,23 mm numa cota com tolerância de 45,00 mm (+0,4 / −0,1 mm). A cota está conforme?

Resolução: o campo de tolerância vai de 44,90 mm (45,00 − 0,10) a 45,40 mm (45,00 + 0,40). O valor medido, 45,23 mm, está dentro deste intervalo, logo a cota é conforme.

6. Depois de controlar dez moldes iguais, o técnico repara que a mesma cota interna sai sistematicamente 0,3 mm abaixo do limite mínimo em todos eles, enquanto as restantes cotas estão todas conformes. O que deve concluir e que decisão tomar?

Resolução: um desvio sistemático repetido em todos os moldes, sempre na mesma cota e sempre no mesmo sentido, aponta para desgaste ou defeito da placa-molde ou da caixa de machos que gerou os moldes, e não para um erro aleatório de medição. A decisão correta é retificar (ou substituir) a placa-molde ou a caixa de machos responsável, e não continuar a rejeitar molde a molde sem corrigir a causa comum.