Sebenta · Efetuar o traçado de moldes para fundição (UC05425)

Introdução

Esta sebenta ensina a efetuar o traçado de moldes para fundição: o desenho preparatório, rigoroso e à escala, que antecede a moldação real em areia. É um trabalho de banca, feito em papel ou em madeira, com réguas, esquadros, transferidores, sutas e compassos, mas com consequências diretas em toda a linha de produção seguinte.

O percurso desta UC segue a lógica de quem projeta um molde de raiz: primeiro definir os elementos que constituem um molde, depois efetuar o traçado com todos os elementos que constituem o molde em conjunto, e por fim efetuar o traçado individual dos elementos que constituem o molde, um a um, com detalhe próprio. Ao longo do caminho aplicam-se as técnicas de moldação, a linha de apartação, as saídas de fundição, as contra-saídas, a contração das ligas metálicas, as sobrespessuras de maquinação, o sistema de gitagem, os machos, as caixas de machos e os prensos.

Objetivos de aprendizagem (referencial): interpretar o desenho da peça; calcular as contrações da liga metálica; calcular as sobrespessuras de maquinação em função da liga metálica; identificar as contra-saídas para definir a linha de apartação, os prensos e os machos; traçar o molde à escala; e cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho, de proteção individual, de gestão de resíduos, de proteção ambiental e da qualidade.

1. O molde de fundição e o papel do traçado

Fundir é encher uma cavidade com metal líquido e deixá-lo solidificar com a forma dessa cavidade. O molde é o negativo da peça, preparado em areia compactada à volta de um modelo que depois se retira. Antes de qualquer molde ser feito na oficina, alguém tem de o desenhar: é a essa etapa que se chama traçado de moldes para fundição, e é o objeto central desta UC.

Um molde completo reúne vários elementos, cada um com uma função própria:

Definir estes elementos, um a um, é sempre o primeiro passo: só depois se avança para o traçado com todos os elementos em conjunto, e mais tarde para o traçado individual de cada elemento em separado.

Modelo vs molde

É frequente confundir os dois termos. O modelo é o positivo, a réplica da forma da peça (normalmente com as saídas, a contração e a sobrespessura já incorporadas). O molde é o negativo, formado em areia à volta do modelo. Todo o trabalho desta UC incide sobre o traçado do molde e dos seus elementos, não sobre a construção física do modelo.

2. Ferramentas, desenho técnico e metrologia

O traçado faz-se numa banca de trabalho limpa e nivelada, sobre papel ou madeira, com um conjunto de instrumentos de precisão:

• Réguas e esquadros: linhas retas e ângulos de 90°.
• Transferidores e sutas: medir e traçar ângulos, essenciais nas saídas de fundição.
• Compassos: circunferências, arcos e transporte de medidas.
• Riscadores: marcar linhas finas e rigorosas em madeira.
• Lápis e borrachas: rascunho antes do traçado definitivo.
• Máquina de calcular: cálculos de contração e de sobrespessuras.
• Equipamentos de proteção individual: sempre presentes, mesmo num trabalho de banca.

Todo o traçado começa por interpretar o desenho da peça: vistas, cortes, cotas e tolerâncias fornecidas pelo projetista. O traçador identifica a forma geral, as cotas funcionais (as que têm de ficar exatas depois de maquinadas) e as zonas críticas, como reentrâncias, saliências e furos.

A metrologia garante que as medidas do traçado correspondem às medidas reais pretendidas: uso de escalas de redução ou ampliação, conversão consistente de unidades (milímetros, na generalidade do desenho técnico industrial) e verificação cruzada das medidas com régua, compasso e transferidor, nunca confiando só numa leitura.

Exemplo resolvido · escolher a escala de traçado

Uma peça tem 800 mm na maior dimensão e o papel disponível na banca só tem 400 mm de largura útil.

1. Escolher uma escala que caiba: por exemplo, 1:2.
2. Todas as medidas da peça são divididas por 2 antes de traçar: 800 mm passam a 400 mm no papel.
3. A escala fica sempre anotada no traçado, de forma bem visível, para que ninguém a confunda com o tamanho real.

Nunca se traça "de olho": todas as cotas seguem a escala escolhida, sem exceções.

3. A caixa de moldação e a moldação em areia

A caixa de moldação é a estrutura que contém a areia compactada, dividida em duas partes: a caixa inferior (fundo), que recebe a primeira metade do modelo, e a caixa superior (chapa), que encaixa sobre a inferior, alinhada por cavilhas de guia, e recebe a segunda metade do modelo mais o sistema de gitagem.

O processo de moldação em areia segue sempre a mesma sequência:

1. Compacta-se areia à volta de metade do modelo, na caixa inferior.
2. Vira-se o conjunto, coloca-se a caixa superior com a outra metade do modelo, e compacta-se de novo.
3. Separam-se as duas caixas pela linha de apartação e retira-se o modelo com cuidado.
4. Abrem-se os canais do sistema de gitagem e colocam-se os machos, se existirem.
5. Fecha-se o molde, alinhado pelas cavilhas, pronto para o vazamento do metal líquido.

Todo este processo depende de um traçado prévio que já preveja cada corte, cada saída e cada sobrespessura, definidos nos capítulos seguintes.

4. A linha de apartação

A linha de apartação é o plano (ou linha, em corte) que separa o molde em duas partes, permitindo retirar o modelo sem o destruir. Critérios para a escolher:

• Colocá-la, sempre que possível, na maior secção transversal da peça.
• Minimizar o número de machos necessários.
• Garantir que todas as saídas de fundição ficam coerentes com a direção de desmoldagem.
• Evitar zonas de tolerância apertada, sempre que a geometria o permita.

Exemplo resolvido

Peça: um casquilho cilíndrico com um rebordo (flange) numa das extremidades.

• Se a linha de apartação passar no plano do rebordo, o modelo separa-se em duas metades simples, sem contra-saídas.
• Se passar a meio do corpo cilíndrico, o rebordo fica preso numa das metades e cria uma contra-saída que exigiria um macho extra.

A escolha certa poupa um macho inteiro e simplifica toda a moldação.

5. Saídas de fundição

As saídas de fundição (ângulos de desmoldagem) são inclinações dadas às paredes do modelo, paralelas à direção em que ele é retirado do molde. Sem elas, a areia compactada agarra-se às paredes verticais e desfaz-se ao retirar o modelo.

• Aplicam-se em todas as superfícies paralelas à direção de extração.
• Valores típicos: 0,5° a 3°, conforme a altura da parede e o material do modelo.
• Modelos em madeira costumam exigir saídas maiores do que modelos em metal, pela textura mais rugosa da superfície.

Como se traçam

1. Identificar todas as paredes paralelas à direção de desmoldagem.
2. Definir o ângulo (com o transferidor ou a suta) em função da altura da parede.
3. Traçar a inclinação a partir da linha de apartação, abrindo ligeiramente para fora à medida que se afasta dela.
4. Confirmar que a saída não invade cotas funcionais: se invadir, ajusta-se a sobrespessura de maquinação para compensar.

A saída acrescenta material; é a maquinação, depois, que a remove.

6. Contra-saídas: identificar antes de traçar

Uma contra-saída é qualquer forma da peça que impede a retirada direta do modelo na direção escolhida: uma ranhura transversal, um ressalto, um furo lateral não alinhado com a linha de apartação.

Identificar as contra-saídas é um dos critérios de desempenho centrais desta UC, porque delas dependem três decisões seguintes: onde fica exatamente a linha de apartação, onde são precisos machos para resolver a geometria que o modelo, sozinho, não consegue libertar, e onde é preciso reforçar com prensos, quando a contra-saída obriga a um molde mais complexo.

Exemplo resolvido

Peça: um corpo cilíndrico com um furo transversal a meio da altura.

• Ao longo do eixo vertical, o furo transversal é uma contra-saída: nenhuma direção de extração simples liberta o modelo sem deixar essa zona presa.
• Solução: usar um macho independente que reproduz o furo, retirado à parte depois de o molde estar formado.

Sem esta análise prévia, o traçado do molde fica incompleto e irrealizável na prática.

7. Contração dos materiais metálicos

Todo o metal, ao arrefecer do estado líquido para o sólido, encolhe. Se o molde fosse traçado exatamente com as medidas finais da peça, a peça fundida sairia sempre mais pequena do que o pretendido. Para compensar, o traçador usa a régua de contração: uma régua com a escala ligeiramente dilatada, específica para cada liga metálica.

Exemplo resolvido · cálculo de contração

Uma peça em aço fundido tem, no desenho técnico, uma cota de 200 mm. A contração do aço fundido é de aproximadamente 2%.

1. Calcular o acréscimo: 200 × 0,02 = 4 mm.
2. Cota a traçar no molde: 200 + 4 = 204 mm.
3. Ao arrefecer, a peça encolhe esses 4 mm e fica com os 200 mm pretendidos.

Se a mesma peça fosse em alumínio (contração ≈ 1,3%), a cota a traçar seria: 200 + (200 × 0,013) = 202,6 mm. Cada liga tem a sua régua de contração própria; trocar de liga sem trocar de régua é um erro grave.

8. Sobrespessuras de maquinação

A peça acabada de fundir tem superfície rugosa e variação dimensional superior ao permitido nas cotas funcionais. Por isso, deixa-se material extra, a sobrespessura de maquinação, que será removido depois numa operação de maquinação, mas que já se calcula e traça nesta fase.

A sobrespessura depende de:

• A liga metálica: ligas mais difíceis de vazar com precisão pedem mais margem.
• O tamanho da peça: peças maiores acumulam mais desvio dimensional.
• A posição da superfície no molde: superfícies voltadas para cima recebem mais sobrespessura, porque impurezas e inclusões de areia tendem a subir no metal líquido e a acumular-se aí.

Exemplo resolvido

Uma peça em ferro fundido, com 300 mm na maior dimensão, tem uma face voltada para cima no molde que vai ser maquinada.

1. Para peças deste porte, a sobrespessura típica em superfícies de topo ronda os 5 a 6 mm por face.
2. Para superfícies laterais ou de fundo, o valor reduz-se para cerca de 3 a 4 mm.
3. Traçam-se as duas cotas: a funcional (a da peça acabada) mais a sobrespessura, e só depois se aplica a régua de contração a essa medida final.

A ordem dos cálculos importa: primeiro a cota funcional, depois soma-se a sobrespessura, e só por fim se aplica a contração.

9. Sistema de gitagem e de alimentação

O sistema de gitagem é o conjunto de canais que conduz o metal líquido desde o exterior até à cavidade da peça: a bacia de vazamento recebe o metal vertido; o gito de descida leva-o para baixo; os canais de distribuição repartem-no; os ataques são os pontos finais por onde entra na cavidade. O traçado deste sistema tem de garantir um enchimento suave, sem turbulência que arraste areia ou gases.

Os massalotes são reservatórios de metal líquido ligados à peça, colocados nas zonas de maior massa (as últimas a solidificar), que a alimentam à medida que contrai ao solidificar, evitando vazios internos. Os respiros são pequenos canais que deixam sair o ar e os gases da cavidade durante o enchimento, evitando bolhas na peça acabada.

10. Machos e caixas de machos

O macho é uma peça de areia compactada, feita à parte numa caixa de macho, que se insere no molde para formar cavidades interiores ou contra-saídas que o modelo, sozinho, não consegue libertar. Fixa-se no molde através das marcas de macho (apoios traçados de propósito, tanto no modelo como no macho), que o posicionam e sustentam. Depois de vazado e arrefecido o metal, o macho é destruído para libertar a peça acabada.

A caixa de macho traça-se separadamente do molde principal, seguindo a mesma lógica: definir a forma exata da cavidade interior a reproduzir, acrescentar as marcas de macho com folga suficiente, aplicar a contração da liga também aqui, e prever a saída de fundição da própria caixa de macho.

Exemplo resolvido · caixa de macho isolada

Retomando o casquilho referido no capítulo 4, o macho do furo central traça-se sozinho:

1. Desenhar a caixa de macho com a cavidade cilíndrica que vai gerar o macho.
2. Marcar as duas marcas de macho nas extremidades, com folga definida (por exemplo, 0,5 mm de cada lado).
3. Aplicar a contração do ferro fundido também às cotas desta caixa isolada.
4. Indicar a saída de fundição da própria caixa de macho, para o macho sair sem se partir.
5. Cotar tudo de forma independente, como se este desenho fosse entregue sozinho à oficina.

Este é o traçado individual dos elementos que constituem o molde: o macho e a caixa de macho, isolados, prontos a ser fabricados sem depender do resto do desenho.

11. Prensos e fixação do molde

Durante o vazamento, o metal líquido exerce pressão dentro da cavidade, empurrando a caixa superior para cima (efeito de impulsão). Se as duas caixas não estiverem bem fixas uma à outra, a caixa superior levanta e o metal escapa pela linha de apartação. Os prensos são os dispositivos, pesos ou grampos, colocados sobre a caixa superior (ou a atravessar as duas caixas) para garantir que o conjunto permanece fechado durante todo o vazamento e a solidificação.

A necessidade e a posição dos prensos decidem-se depois de identificadas as contra-saídas e definidos os machos: moldes com muitos machos ou contra-saídas complexas costumam precisar de mais pontos de fixação, distribuídos de forma equilibrada sobre a caixa superior. Em moldes maiores, complementam-se prensos com grampos laterais nas duas caixas.

12. Traçar o molde à escala: método completo

Reunindo tudo o que foi visto, o traçado de um molde completo segue sempre a mesma sequência de dez passos:

1. Interpretar o desenho da peça: cotas funcionais, furos e zonas críticas.
2. Escolher a linha de apartação, na maior secção, evitando contra-saídas.
3. Identificar as contra-saídas e decidir onde entram machos.
4. Aplicar a contração da liga metálica, com a régua própria, a todas as cotas.
5. Aplicar as sobrespessuras de maquinação, sobretudo nas superfícies viradas para cima.
6. Traçar as saídas de fundição em todas as paredes paralelas à extração.
7. Traçar o sistema de gitagem: bacia, gito, canais e ataques.
8. Prever os machos e as marcas de macho, com a folga necessária.
9. Definir os prensos, distribuídos de forma equilibrada.
10. Rever o traçado completo antes de riscar em definitivo: escala, cotas e simetria.

Exemplo resolvido · casquilho com rebordo e furo central

Peça: um casquilho cilíndrico em ferro fundido, com um rebordo numa extremidade e um furo passante central.

1. Interpretar o desenho: identificar cotas funcionais, o furo central e o rebordo.
2. Linha de apartação no plano do rebordo, evitando contra-saídas nessa zona.
3. O furo central é uma contra-saída ao longo do eixo; resolve-se com um macho.
4. Contração do ferro fundido (≈ 1%) aplicada a todas as cotas.
5. Sobrespessuras de maquinação nas superfícies a maquinar, sobretudo as viradas para cima.
6. Saídas de 1° nas paredes verticais do rebordo e do corpo cilíndrico.
7. Sistema de gitagem: bacia, gito de descida e ataque, entrando pela zona de maior secção.
8. Macho e marca de macho previstos no eixo do furo central, com a folga necessária.
9. Dois prensos, distribuídos simetricamente sobre a caixa superior.
10. Revisão final do traçado antes de riscar em definitivo.

Só depois deste traçado revisto e validado é que o molde avança para a moldação real em areia.

13. Segurança, ambiente e qualidade no traçado

Mesmo sendo um trabalho de secretária e banca, o traçado de moldes cumpre normas de segurança e de qualidade:

• Segurança e saúde no trabalho: uso correto do equipamento de proteção individual, adequado às ferramentas de traçagem (riscadores, compassos, materiais cortantes), e banca organizada, sem risco de queda ou corte acidental.
• Gestão de resíduos: aparas de madeira, papel usado e materiais de traçagem descartados de forma correta.
• Proteção ambiental: aplicada mesmo nesta fase inicial do processo, antes de a fundição em si acontecer.
• Normas da qualidade: o traçado revisto, cotado e verificado é o primeiro ponto de controlo de qualidade de toda a peça fundida.

Atitudes a demonstrar ao longo de todo o processo: responsabilidade, autonomia, rigor, sentido de organização, sentido crítico, iniciativa e proatividade, cooperação com a equipa e respeito pelas regras e normas definidas.

Erros comuns

• Confundir modelo com molde: o modelo é o positivo, o molde é o negativo formado à sua volta.
• Escolher a linha de apartação só pela simetria visual, sem verificar as contra-saídas.
• Esquecer as saídas de fundição em paredes altas, onde a areia se solta em blocos ao retirar o modelo.
• Usar a régua normal em vez da régua de contração, obtendo peças sistematicamente pequenas.
• Aplicar a contração antes da sobrespessura, invertendo a ordem correta dos cálculos.
• Esquecer as marcas de macho no traçado do modelo, deixando o macho sem apoio.
• Colocar os prensos só de um lado da caixa, desequilibrando a força e permitindo que o molde abra.
• Riscar em definitivo sem uma revisão final do traçado completo.

Glossário

• Molde · negativo da peça, formado em areia à volta do modelo.
• Modelo · positivo, a réplica da peça usada para formar o molde.
• Caixa de moldação · estrutura (superior e inferior) que contém a areia compactada.
• Linha de apartação · plano que separa o molde em duas partes.
• Saída de fundição · inclinação das paredes que permite retirar o modelo sem danos.
• Contra-saída · geometria da peça que impede a retirada direta do modelo.
• Contração · encolhimento do metal ao arrefecer, compensado com a régua de contração.
• Sobrespessura de maquinação · material extra deixado para ser maquinado depois.
• Sistema de gitagem · canais (bacia, gito, canais de distribuição, ataques) que conduzem o metal líquido.
• Massalote · reservatório de metal que alimenta a peça durante a solidificação.
• Respiro · canal que deixa sair o ar e os gases do molde.
• Macho · peça de areia inserida no molde para formar cavidades interiores.
• Caixa de macho · molde próprio onde se fabrica o macho.
• Marca de macho · apoio traçado que posiciona e sustenta o macho no molde.
• Prenso · peso ou grampo que fixa a caixa superior à inferior durante o vazamento.

Síntese

O traçado de moldes para fundição segue sempre a mesma lógica: definir os elementos que constituem o molde, interpretar o desenho da peça, escolher a linha de apartação já com as contra-saídas identificadas, aplicar contração e sobrespessuras de maquinação com as réguas próprias de cada liga metálica, traçar as saídas de fundição, o sistema de gitagem, os machos e caixas de machos e os prensos, e por fim rever tudo antes de riscar em definitivo. Além do traçado completo, exige-se também o traçado individual de cada elemento, sobretudo machos e caixas de machos, com o seu próprio rigor. Tudo isto cumprindo as normas de segurança, gestão de resíduos, proteção ambiental e qualidade.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça tem uma cota de 150 mm e vai ser fundida em alumínio (contração ≈ 1,3%). Que cota se traça no molde?

Resolução: acréscimo = 150 × 0,013 = 1,95 mm. Cota a traçar: 150 + 1,95 = 151,95 mm, arredondado na prática a 152 mm.

2. Uma peça cilíndrica tem um rebordo numa extremidade e nenhuma outra reentrância. Onde deve passar a linha de apartação e porquê?

Resolução: no plano do rebordo, porque aí a peça separa-se em duas metades simples, sem criar contra-saídas nem exigir machos adicionais.

3. Um técnico traça saídas de fundição só nas paredes horizontais da peça. O que está errado?

Resolução: as saídas aplicam-se às paredes paralelas à direção de extração (normalmente as verticais), não às horizontais. Sem saída nas paredes verticais, o modelo não sai sem danificar o molde.

4. Um furo lateral perpendicular ao eixo de extração impede a retirada direta do modelo. Como se resolve no traçado?

Resolução: identifica-se como contra-saída e resolve-se com um macho independente, feito na sua própria caixa de macho, com marcas de macho para o posicionar.

5. Porque recebem as superfícies viradas para cima, no molde, mais sobrespessura de maquinação do que as viradas para baixo?

Resolução: porque as impurezas e inclusões de areia do metal líquido tendem a subir durante o vazamento e a acumular-se junto às superfícies de topo, exigindo mais margem para as remover na maquinação.

6. Um molde com uma contra-saída complexa e dois machos parece estar a abrir ligeiramente durante o vazamento. Qual foi provavelmente o erro de traçado?

Resolução: os prensos foram insuficientes ou mal distribuídos: em moldes com mais machos e contra-saídas, é preciso mais pontos de fixação, equilibrados sobre a caixa superior, para resistir à pressão do metal líquido.