Sebenta · Executar moldes simples (UC05426)

Introdução

Esta sebenta cobre a UC "Executar moldes simples", do curso Técnico/a de Projeto de Moldes e Modelos - Fundição. Aqui aprende-se a construir, em madeira e em resina, o molde (ou modelo) que dá forma, na areia, à cavidade onde o metal fundido vai ser vazado. É uma UC de bancada: desenho técnico, projeto, traçagem, maquinação, montagem e controlo dimensional, tudo aplicado à peça central de qualquer fundição em areia.

O fio condutor são as cinco realizações do referencial oficial: analisar o desenho técnico da peça a fundir, elaborar o projeto do molde, desenhar no material as dimensões e as partes que o constituem, executar cada um dos constituintes e, por fim, efetuar a montagem de todos eles. Estas cinco etapas repetem-se em qualquer molde, do mais simples ao mais complexo, e estruturam esta sebenta.

Objetivos de aprendizagem (referencial): interpretar o desenho técnico da peça a fundir; selecionar o material e o tipo de ligação adequados; manusear as ferramentas de desenho e operar máquinas e ferramentas de trabalhar madeira; aplicar saídas, contrações e sobre-espessuras de maquinagem; operar os instrumentos de controlo metrológico e verificar a conformidade das medidas; e cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho, de proteção individual, de gestão de resíduos, de proteção ambiental e da qualidade.

1. Do desenho técnico ao molde

Antes de qualquer corte, o técnico analisa o desenho técnico da peça que vai ser fundida. Não se lê o desenho da peça acabada como se fosse o desenho do molde: o molde é sempre maior, porque tem de somar a contração do metal e a sobre-espessura de maquinagem (ver capítulo 5).

Na análise do desenho, identificam-se:

• As vistas (frente, topo, perfil), cotas e tolerâncias de cada dimensão.
• O plano de partição: a linha por onde o molde se vai dividir para ser extraído da areia.
• Furos e reentrâncias internas, que vão exigir caixas de macho na moldação.
• O material final da peça (ferro fundido, aço, alumínio, bronze), que determina o fator de contração a aplicar.

A cadeia da fundição em areia

O molde é uma etapa dentro de um processo maior:

Desenho técnico → Projeto do molde → Molde (em madeira/resina)
   → Moldação em areia → Vazamento do metal → Peça fundida

O molde não é a peça final: é o positivo a partir do qual se obtém, em areia compactada, o negativo (a cavidade) onde o metal líquido é vazado. Um erro no molde não se corrige depois: aparece, sempre, na peça fundida.

Exemplo resolvido · ler um desenho técnico simples

O desenho de um bloco de apoio indica: comprimento 500 mm, material ferro fundido, uma face a maquinar.

1. A cota de 500 mm é a medida da peça final, depois de fundida e maquinada.
2. O material (ferro fundido) diz ao técnico que fator de contração aplicar (aproximadamente 1%).
3. A indicação "uma face a maquinar" avisa que essa face vai precisar de sobre-espessura no molde.
4. Só depois de identificar estes três dados é que se pode calcular a medida a marcar no molde (ver capítulo 5).

2. Tecnologia de fundição em areia

A moldação em areia é o processo de fundição mais comum para peças de ferro, aço, alumínio e bronze, e é o processo para o qual os moldes desta UC são construídos.

As etapas do processo

1. O modelo é prensado em areia compactada, dentro de uma caixa de moldação.
2. Retira-se o modelo com cuidado, deixando a cavidade com a forma da peça.
3. Colocam-se, quando necessário, machos de areia para formar furos e reentrâncias internas.
4. Executam-se os canais de vazamento e a mazarota (reserva de metal líquido que compensa a contração durante o arrefecimento).
5. O metal fundido é vazado na cavidade, arrefece e solidifica.
6. A areia é desmoldada e a peça é limpa e, se aplicável, maquinada.

O papel do modelo

O modelo tem de ser extraível da areia sem a danificar, o que exige saídas em todas as paredes verticais (capítulo 5). As zonas correspondentes a furos internos recebem assentos de macho, que posicionam corretamente a caixa de macho dentro da moldação. E, porque o mesmo modelo é usado dezenas ou centenas de vezes, um modelo bem acabado poupa horas de retrabalho e de maquinagem ao longo de toda a série de peças.

3. Desenho e projeto do molde

A segunda realização do referencial é elaborar o projeto de moldes: decidir, antes de tocar em qualquer material, como o molde vai ser construído.

O que o projeto define

• O plano de partição: onde o molde se divide para permitir a extração e a desmoldação.
• O tipo de modelo a usar, em função da geometria da peça.
• As caixas de macho necessárias, para furos e reentrâncias que a areia sozinha não consegue formar.
• Os constituintes do molde: quantas peças vão ser precisas e como se vão ligar entre si.

Tipos de modelo

O modelo bipartido é o mais comum em peças mecânicas: uma metade fica alojada na caixa inferior da moldação, a outra na superior, e os pinos guia garantem que as duas metades alinham sempre da mesma forma, molde após molde.

Exemplo resolvido · escolher o tipo de modelo

Uma peça em forma de casquilho, com um furo passante ao centro e forma simétrica dos dois lados de um plano intermédio, precisa de:

1. Um modelo bipartido, porque tem forma em ambos os lados do plano de partição.
2. Uma caixa de macho, porque o furo passante não pode ser formado apenas pela areia da moldação exterior.
3. Pinos guia, para alinhar as duas metades do modelo em cada moldação.

4. Materiais: madeiras e resinas

A escolha do material do molde é uma decisão técnica e económica, feita logo no projeto.

Madeiras

A madeira absorve humidade e pode empenar; por isso precisa de ser selada com verniz ou tinta (capítulo 11).

Resinas

As resinas (epóxi, poliéster, muitas vezes reforçadas com fibra de vidro) usam-se quando se precisa de mais durabilidade ou mais rigor dimensional. Não empenam com a humidade, suportam muitos mais ciclos de moldação e permitem detalhes finos com pouco trabalho de acabamento; em contrapartida, custam mais e exigem mistura e cura controladas (proporções, tempo, temperatura).

Selecionar o material

1. Confirmar o número de peças a produzir com aquele molde.
2. Avaliar a complexidade e o detalhe exigidos pelo desenho.
3. Verificar o prazo e o orçamento disponíveis.
4. Decidir: séries curtas e protótipos, madeira; séries longas ou detalhe fino, resina.

5. Saídas, contrações e sobre-espessuras de maquinagem

Este é o capítulo com mais cálculo da UC, e o que mais separa um molde bem executado de um molde que produz peças fora de cota.

Saídas

Uma saída (ângulo de desmoldação) é a inclinação dada às paredes verticais do modelo para que este saia da areia sem a arrastar nem a danificar. Sem saída, uma parede vertical arrasta a areia ao ser extraída e destrói a cavidade. O valor típico é 1° a 3°, consoante a altura da parede e o tipo de areia, e aplica-se em todas as superfícies que ficam perpendiculares ao sentido de extração.

Exemplo resolvido · calcular uma saída

Uma parede vertical do modelo tem 80 mm de altura e leva uma saída de 1,5°.

Deslocamento na base = 80 × tan(1,5°) ≈ 80 × 0,0262 ≈ 2,1 mm

A parede fica 2,1 mm mais larga na base do que no topo, o suficiente para libertar a areia sem esforço na extração.

Contração dos materiais

Os metais contraem ao arrefecer, do estado líquido até à temperatura ambiente. O modelo tem de ser feito maior do que a peça final, por um fator de contração linear típico do metal:

Estes valores são típicos: cada fundição tem a sua própria régua de contração, já graduada com a escala ampliada, e o técnico deve confirmar sempre o valor com a régua ou a tabela da oficina.

Exemplo resolvido · aplicar a contração

Uma peça em ferro fundido precisa de 500 mm de comprimento final. Contração de 1%:

Medida do modelo = 500 × 1,01 = 505 mm

Sobre-espessuras de maquinagem

Nas superfícies que vão ser maquinadas depois da fundição, deixa-se material extra: a sobre-espessura de maquinagem, tipicamente 2 a 4 mm por superfície, consoante a dimensão da peça e o processo de maquinagem seguinte. Aplica-se depois de somar a contração, e só nas superfícies que o desenho indica como maquinadas; as restantes ficam ao natural, em bruto de fundição.

Exemplo resolvido · combinar contração e sobre-espessura

Peça em aço, cota final 200 mm, com uma face a maquinar (sobre-espessura de 3 mm):

1. Contração (2%): 200 × 1,02 = 204 mm
2. Sobre-espessura (3 mm nessa face): 204 + 3 = 207 mm

A medida final a marcar no modelo é 207 mm. Se a mesma peça fosse em ferro fundido, o cálculo seria 200 × 1,01 + 3 = 205 mm.

6. Equipamentos e ferramentas de carpintaria

Máquinas e ferramentas

A execução dos constituintes do molde recorre ao equipamento típico de uma oficina de modelos:

• Máquinas de corte: serra de fita, de disco, tico-tico.
• Máquinas de desbaste: garlopa e desengrosso, para faces planas e espessura uniforme.
• Máquinas de furação: berbequim de coluna, para furos de pinos guia e parafusos.
• Ferramentas manuais: formões, limas, lixas, martelo, chaves de fendas e de bocas.

O manual do fabricante e as normas de segurança condicionam como cada equipamento é operado, e não são opcionais.

Ferramentas de desenho e de traçagem

• Metro e fita métrica: medições gerais de comprimento.
• Compassos: transferir medidas e traçar arcos e circunferências.
• Esquadros: verificar e marcar ângulos retos entre faces e constituintes.
• Graminhos: marcar linhas paralelas a uma face de referência, a uma distância fixa.
• Materiais de escrita (lápis, borracha): esboçar e anotar informações no desenho técnico.

Estas mesmas ferramentas voltam a ser usadas no capítulo 10, agora para verificar em vez de marcar.

7. Traçagem: marcar as dimensões no material

A terceira realização do referencial é desenhar no material as dimensões do molde e as partes que o constituem: passar o projeto do papel para a peça de madeira ou resina, já com a contração e a sobre-espessura aplicadas.

Procedimento

1. Escolher a face de referência de cada constituinte.
2. Marcar as cotas principais com metro e esquadro.
3. Traçar o plano de partição e as linhas de centro com o graminho.
4. Marcar a posição de furos, pinos guia e caixas de macho.
5. Rever todas as marcações contra o desenho antes de cortar.

A traçagem é o último ponto de controlo antes de o material ser irreversivelmente cortado: um erro apanhado aqui custa minutos, um erro apanhado depois de cortar custa a peça inteira.

Exemplo resolvido · traçar um constituinte bipartido

Constituinte de um modelo bipartido, com plano de partição a meio da peça, cota final 505 mm (já com contração de ferro fundido aplicada):

1. Marca-se a linha de centro ao longo do comprimento, com o graminho apoiado na face de referência.
2. Marca-se o plano de partição, perpendicular à linha de centro, com o esquadro.
3. Marcam-se as posições dos dois pinos guia, a 20 mm de cada topo, dispostas de forma assimétrica entre si para impedir a montagem ao contrário.
4. Confere-se cada marcação com o desenho técnico antes de qualquer corte.

8. Executar os constituintes do molde

A quarta realização do referencial: transformar o material traçado em cada uma das peças (constituintes) do molde.

Sequência de execução

Cortar em bruto → Desbastar (garlopa + desengrosso) → Furar
   → Ajustar saídas → Lixar → Verificar dimensões

• Cortar em bruto, com margem, seguindo as linhas de traçagem.
• Desbastar as faces até às medidas finais, em garlopa e desengrosso.
• Furar para os pinos guia e outras ligações, só depois de a face de referência estar plana.
• Moldar ou laminar os constituintes em resina, quando aplicável, respeitando o tempo de cura do fabricante.
• Verificar cada constituinte isoladamente antes de avançar para a montagem.

Nunca se inverte desbaste e furação: furar antes de a face estar plana desalinha o furo em relação ao resto da peça. O critério de desempenho da UC exige cumprir os procedimentos na execução dos constituintes: a ordem e o rigor de cada etapa não são negociáveis.

9. Ligações e montagem

A quinta realização do referencial é efetuar a montagem de todos os constituintes. Antes de montar, escolhe-se o tipo de ligação certo para cada junção.

Selecionar o tipo de ligação

A escolha certa depende de a ligação precisar de ser desmontada e do material dos constituintes a ligar. Um erro frequente é colar duas metades de um modelo bipartido que precisam de se separar para desmoldar.

Montar e alinhar o molde completo

1. Confirmar que cada constituinte já passou no controlo dimensional isolado.
2. Posicionar os constituintes segundo o plano de partição definido no projeto.
3. Inserir os pinos guia e confirmar o alinhamento entre as duas metades.
4. Aplicar as ligações definitivas (parafusos, colas ou pregos) na sequência correta.
5. Verificar de novo o conjunto montado antes de o entregar à moldação.

A montagem é a etapa final: um molde bem executado peça a peça, mas mal alinhado na montagem, continua a produzir peças fundidas fora de cota.

10. Controlo metrológico

O controlo metrológico acompanha todo o processo, da traçagem à montagem final, com os mesmos instrumentos usados para marcar: metro e fita métrica, paquímetro, compassos, esquadros e graminhos. Verificar não é opcional: é o critério de desempenho que garante a conformidade dimensional do molde com o desenho técnico.

O paquímetro

O paquímetro mede comprimentos, diâmetros interiores/exteriores e profundidades, com resolução típica de 0,05 mm. Existe em versão analógica (escala com nónio) e digital (leitura direta no visor). Procedimento: limpar as faces de medição, encostar sem forçar, ler a escala fixa mais o nónio (ou o visor digital).

Exemplo resolvido · ler o paquímetro e verificar a conformidade

A escala fixa mostra 34 mm antes do zero do nónio, e a sétima marca do nónio coincide com uma marca da escala fixa.

1. Valor da escala fixa: 34 mm.
2. Valor do nónio: 7 × 0,05 = 0,35 mm.
3. Medida final: 34 + 0,35 = 34,35 mm.

O desenho técnico do constituinte pede 34,30 mm ± 0,20 mm, entre 34,10 e 34,50 mm. Como 34,35 mm está dentro do intervalo, o constituinte está conforme.

11. Acabamento: massas, tintas e vernizes

Massas de reparação

Antes de pintar ou envernizar, corrigem-se pequenas imperfeições da madeira com massa de reparação: preenche poros, fendas e pequenos defeitos de superfície. Aplica-se em camada fina, deixa-se secar e lixa-se rente à superfície. Uma superfície com poros por tapar absorve tinta de forma irregular e fica com um acabamento inconsistente, que se transfere depois para a peça fundida.

Tintas e vernizes

A camada final de tinta ou verniz protege o modelo e facilita o trabalho de moldação:

• Sela a madeira, reduzindo a absorção de humidade e a tendência a empenar.
• Reduz o atrito entre o modelo e a areia, facilitando a extração sem danificar a cavidade.
• Segue frequentemente uma convenção de cores da oficina (pode variar entre fundições), útil para identificar de imediato quais as superfícies a maquinar.
• Aplica-se em demãos finas, com secagem completa entre cada uma.

12. Segurança, resíduos e ambiente

Normas de segurança e EPI

Operar sempre de acordo com as instruções do manual do fabricante de cada equipamento, nunca remover resguardos de proteção, e ler a ficha de segurança de qualquer resina ou cola antes de a usar: as resinas trazem riscos diferentes da madeira, sobretudo vapores e contacto com a pele.

Gestão de resíduos e proteção ambiental

• Aparas e serrim de madeira: separados e encaminhados para reciclagem ou valorização energética.
• Resíduos de resina (embalagens, restos de mistura, catalisador): tratados como resíduos perigosos, nunca misturados com o lixo comum.
• Tintas, vernizes e solventes: armazenados em local ventilado, longe de fontes de ignição, e descartados segundo as normas de proteção ambiental.

Cumprir estas normas é uma das atitudes centrais da UC: responsabilidade e respeito pelas regras e normas definidas.

Normas da qualidade

• Conformidade dimensional: cada constituinte e o conjunto montado verificados contra o desenho técnico, com instrumentos calibrados.
• Rastreabilidade: registar as decisões tomadas (material, contração, sobre-espessura aplicada) para o molde poder ser reproduzido ou reparado.
• Sentido crítico: questionar um valor de medição estranho em vez de o aceitar sem verificar.

A cadeia completa, analisar, projetar, traçar, executar e montar, é em si mesma um processo de garantia da qualidade: cumprir as normas é o resultado natural de fazer bem cada uma das cinco etapas.

Erros comuns

• Marcar as cotas da peça final diretamente no material, esquecendo de somar contração e sobre-espessura.
• Esquecer as saídas em alguma parede vertical, impossibilitando a extração sem danos.
• Aplicar o fator de contração errado para o metal em causa (por exemplo, o do aço numa peça de alumínio).
• Colar duas metades de um modelo bipartido que precisam de se separar para desmoldar.
• Furar antes de desbastar, desalinhando os furos de pinos guia em relação à face de referência.
• Confiar só na vista para validar uma cota crítica, sem medir com paquímetro.
• Misturar resíduos de resina com o lixo comum, ignorando que são resíduos perigosos.
• Verificar só os constituintes isolados, sem controlar de novo o conjunto depois de montado.

Glossário

• Molde (modelo) · peça positiva, em madeira ou resina, que dá forma à cavidade de areia da fundição.
• Plano de partição · linha por onde o molde se divide para ser extraído e a moldação desmoldada.
• Modelo bipartido · modelo em duas metades, uma para cada caixa da moldação.
• Caixa de macho · molde auxiliar que forma, em areia, os furos e reentrâncias internas da peça.
• Assento de macho · zona do modelo que posiciona a caixa de macho na moldação.
• Saída (ângulo de desmoldação) · inclinação das paredes verticais do modelo que permite a extração sem danificar a areia.
• Contração · encolhimento do metal ao arrefecer, compensado por um modelo maior do que a peça final.
• Sobre-espessura de maquinagem · material extra deixado nas superfícies a maquinar depois da fundição.
• Régua de contração · régua já graduada com a escala ampliada para o metal em causa.
• Pino guia · elemento que alinha sempre da mesma forma as duas metades de um modelo bipartido.
• Paquímetro · instrumento de medição de comprimentos, diâmetros e profundidades, com resolução típica de 0,05 mm.
• Graminho · instrumento para marcar linhas paralelas a uma face de referência.
• Mazarota · reserva de metal líquido que compensa a contração durante o arrefecimento da peça fundida.
• EPI · equipamento de proteção individual (óculos, protetor auricular, máscara, calçado).

Síntese

Executar um molde simples segue sempre as cinco realizações do referencial: analisar o desenho técnico da peça a fundir → elaborar o projeto do molde (plano de partição, tipo de modelo, caixas de macho) → desenhar no material as dimensões e as partes, já com a contração e a sobre-espessura aplicadas → executar cada constituinte (cortar, desbastar, furar, ajustar saídas, lixar) → efetuar a montagem de todos os constituintes, com a ligação certa em cada junção. O controlo metrológico acompanha todo o processo, e a segurança (EPI, normas do fabricante), a gestão de resíduos (sobretudo os de resina, perigosos) e as normas da qualidade atravessam cada etapa, da leitura do primeiro desenho ao molde montado e pronto para a moldação.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça final em alumínio precisa de 300 mm de comprimento. Que medida se marca no modelo, considerando uma contração de 1,3%?

Resolução: 300 × 1,013 = 303,9 mm. É esta a medida a marcar no modelo, não os 300 mm da peça final.

2. Um constituinte em aço tem cota final de 150 mm e uma face a maquinar, com sobre-espessura de 2 mm. Qual a medida final do modelo?

Resolução: contração do aço (2%): 150 × 1,02 = 153 mm. Sobre-espessura de 2 mm na face maquinada: 153 + 2 = 155 mm. A medida a marcar é 155 mm.

3. Porque é que uma parede vertical de um modelo sem saída não pode ser extraída da areia sem danos?

Resolução: sem inclinação, a parede vertical raspa e arrasta a areia compactada ao longo de toda a extração, destruindo a cavidade. A saída (1° a 3°) cria uma folga progressiva que permite retirar o modelo sem atrito contra a areia.

4. Um técnico cola definitivamente as duas metades de um modelo bipartido de um casquilho. Que erro cometeu e qual a consequência?

Resolução: as duas metades de um modelo bipartido têm de se poder separar para permitir a extração da areia. Ao colá-las de forma definitiva, o molde deixa de poder ser desmoldado, tornando-se inutilizável. Deveria ter usado pinos guia para alinhar e, se necessário, parafusos amovíveis.

5. A escala fixa de um paquímetro mostra 12 mm antes do zero do nónio, e a quarta marca do nónio coincide com a escala fixa (resolução 0,05 mm). O desenho pede 12,20 mm ± 0,10 mm. O constituinte está conforme?

Resolução: valor do nónio: 4 × 0,05 = 0,20 mm. Medida final: 12 + 0,20 = 12,20 mm. O intervalo aceitável é 12,10 a 12,30 mm; como 12,20 mm está dentro, o constituinte está conforme.

6. Que tipo de modelo e que constituinte adicional são necessários para uma peça com um furo passante ao centro?

Resolução: um modelo bipartido (para permitir extração e simetria) e uma caixa de macho (para formar o furo passante em areia, já que a moldação exterior sozinha não consegue formar reentrâncias internas fechadas).

7. Que resíduos gerados na execução de um molde exigem tratamento como resíduos perigosos, e porquê?

Resolução: os resíduos de resina (embalagens, restos de mistura e catalisador), porque contêm substâncias químicas que podem ser tóxicas ou inflamáveis. Ao contrário do serrim e das aparas de madeira, nunca podem ser misturados com o lixo comum e seguem as normas de gestão de resíduos perigosos.