Sebenta · Executar moldes para fundição (UC05428)

Introdução

Esta sebenta ensina a projetar e executar moldes para fundição, o trabalho de quem transforma o desenho técnico de uma peça metálica num modelo físico, em madeira ou resina, que a fundição usa para produzir moldes de areia. É um trabalho de precisão que combina leitura de desenho técnico, cálculo dimensional, carpintaria e controlo metrológico.

O percurso segue as cinco realizações do referencial da UC: analisar o desenho técnico, elaborar o projeto de moldes, desenhar no material as dimensões e as partes constituintes, executar cada constituinte e, por fim, montar o conjunto. À volta destas cinco etapas organizam-se os conhecimentos e as técnicas de que precisas: saídas de desmoldagem, contração dos materiais, sobre-espessuras de maquinagem, tipos de modelos e de machos, madeiras e resinas, ferramentas e máquinas de carpintaria, técnicas de ligação, controlo metrológico, segurança e ambiente.

Objetivos de aprendizagem (referencial): interpretar desenhos técnicos; analisar as características técnicas dos materiais; selecionar o material para o molde; manusear ferramentas e operar máquinas de carpintaria; aplicar as técnicas de ligação dos constituintes; operar instrumentos de controlo metrológico; verificar a conformidade do molde com o projeto; e cumprir as normas de segurança, gestão de resíduos, proteção ambiental e qualidade.

1. Fundição e o papel do modelo

Fundir é vazar metal líquido para uma cavidade e deixá-lo solidificar com a forma dessa cavidade, o molde. O molde mais comum forma-se compactando areia à volta de um modelo, a réplica em madeira ou resina da peça a fundir, sempre maior e mais precisa do que a peça final.

O modelo não é a peça: é uma ferramenta reutilizável. Retirado da areia depois de compactada, deixa a sua marca em negativo, e é essa cavidade que recebe o metal líquido. Um mesmo modelo produz, em teoria, centenas ou milhares de moldes de areia, cada um usado uma única vez.

O ciclo de trabalho desta UC

O trabalho de quem projeta e executa moldes segue sempre a mesma sequência lógica, correspondente às cinco realizações do referencial:

1. Analisar o desenho técnico da peça a fundir.
2. Elaborar o projeto do molde, com todas as correções dimensionais necessárias.
3. Desenhar no material as dimensões do molde e as suas partes.
4. Executar cada um dos constituintes.
5. Efetuar a montagem de todos os constituintes.

Nenhuma etapa se salta: um erro cometido na análise do desenho propaga-se, sem correção possível, até à peça final fundida em metal.

2. Desenho técnico e projeto de moldes

Interpretar o desenho técnico

Tudo começa na leitura cuidada do desenho técnico da peça: vistas, cortes, cotas, tolerâncias e notas de fabrico. É preciso identificar:

• A geometria completa da peça, incluindo reentrâncias e cavidades internas.
• As cotas críticas, aquelas com tolerância mais apertada.
• As superfícies que serão maquinadas depois de fundidas (por oposição às que ficam com o acabamento de fundição).
• A posição de vazamento prevista, que orienta a divisão do molde.

O desenho técnico da peça apresenta sempre as cotas nominais, isto é, as dimensões finais que o cliente pretende. Nenhuma dessas cotas inclui ainda as correções próprias do processo de fundição; é o projeto de moldes que as introduz.

Elaborar o projeto de moldes

Elaborar o projeto de moldes é o trabalho de transformar o desenho da peça final num plano completo e corrigido do modelo a construir. O projeto define:

• O número e a divisão dos constituintes: modelo inteiro ou dividido, caixas de machos, peças soltas.
• As dimensões corrigidas, com a contração do metal, as saídas de desmoldagem e as sobre-espessuras de maquinagem já aplicadas.
• Os materiais e as técnicas de ligação a usar em cada constituinte.
• A linha de apartação (o plano de divisão do molde) e a posição prevista para os machos.

Exemplo resolvido · do desenho ao projeto

Uma peça em ferro fundido tem, no desenho técnico, uma cota nominal de 200 mm numa direção que vai ser maquinada numa das faces, com uma sobre-espessura de maquinagem prevista de 4 mm nessa face.

1. Partir da cota nominal: 200 mm.
2. Somar a sobre-espessura de maquinagem: 200 + 4 = 204 mm.
3. Aplicar a contração do ferro fundido, tipicamente cerca de 1%: 204 × 1,01 ≈ 206 mm.
4. A dimensão a marcar no modelo, nessa direção, é aproximadamente 206 mm, e não os 200 mm do desenho.

A ordem importa: primeiro a sobre-espessura, depois a contração, porque a contração aplica-se sobre a dimensão que o metal realmente vai ocupar no molde, já incluindo o material extra da maquinagem.

3. Saídas de desmoldagem

A saída (ou ângulo de desmoldagem) é a inclinação dada às faces do modelo paralelas à direção de extração, para que o modelo saia da areia compactada sem a danificar. Sem saída, o atrito ao extrair o modelo desmorona as paredes do molde.

• Valores típicos rondam 1° a 3° por face, ajustados à altura da face e à fragilidade da areia usada.
• Aplica-se em todas as faces paralelas ao movimento de extração, incluindo as internas de caixas de machos.
• Quanto maior a face na direção de extração, maior a saída necessária.

Tabela de referência de saídas típicas

Estes valores são indicativos: cada oficina e cada tipo de areia podem ter tabelas próprias, e o desenho ou o caderno de encargos do cliente podem impor valores específicos.

4. Contração dos materiais

O metal contrai ao arrefecer, primeiro de líquido para sólido e depois até à temperatura ambiente. Por isso o modelo tem de ser feito maior do que a peça final. Cada metal tem o seu coeficiente de contração, medido em percentagem sobre a dimensão nominal.

A contração aplica-se com a régua de contração, uma régua graduada já com a escala ampliada correspondente ao metal em causa: uma medida de "200 mm" nessa régua corresponde já a mais do que 200 mm reais na dimensão do modelo. Usar a régua de contração errada é um dos erros mais graves e mais caros que se pode cometer nesta profissão, porque só é detetado depois de a peça fundida sair com a cota errada.

Exemplo resolvido · cálculo de contração

Uma peça em liga de alumínio tem uma cota nominal de 150 mm, sem sobre-espessura de maquinagem nessa face. O coeficiente de contração do alumínio considerado é 1,5%.

1. Cota nominal: 150 mm.
2. Fator de contração: 150 × 1,015 = 152,25 mm.
3. A dimensão a marcar no modelo é aproximadamente 152,3 mm.

5. Sobre-espessuras de maquinagem

As sobre-espessuras de maquinagem são material extra deixado nas superfícies da peça que vão ser maquinadas depois de fundidas (torneadas, fresadas, retificadas), até atingir o acabamento e a cota final pretendida.

• Aplicam-se apenas onde o desenho indica maquinagem posterior.
• O valor depende do processo de fundição, do tamanho da peça e da orientação da superfície no molde.
• Superfícies orientadas para baixo no molde recebem normalmente maior sobre-espessura, por tenderem a acumular impurezas.
• Somam-se antes de aplicar a contração, na sequência já vista: cota nominal → sobre-espessura → contração.

Esquecer a sobre-espessura de maquinagem numa superfície que vai ser trabalhada obriga, muitas vezes, a rejeitar a peça: não sobra material suficiente para maquinar até à cota final sem furar a peça.

6. Tipos de modelos e de moldes

Modelo inteiro e modelo dividido

O modelo inteiro é usado quando a geometria da peça permite a extração de um único meio-molde, sem reentrâncias na direção de extração. O modelo dividido separa-se em duas ou mais partes ao longo da linha de apartação, alinhadas por pinos guia, e é necessário sempre que a peça tem geometria relevante em ambos os lados desse plano.

A escolha da linha de apartação é uma das primeiras decisões do projeto de moldes: deve ficar, sempre que possível, num plano simples, para facilitar a compactação da areia nas duas metades do molde.

Placa-modelo e peças soltas

A placa-modelo (match plate) fixa as duas metades do modelo, uma de cada lado de uma placa rígida, alinhadas com grande precisão; usa-se em produção repetitiva, onde compensa o investimento pelo rigor e pela rapidez que traz. As peças soltas (loose pieces) são partes do modelo que se destacam durante a extração, porque a sua geometria impede a saída conjunta com o corpo principal, e retiram-se pela abertura deixada por esse corpo.

A opção entre as várias soluções depende sempre da quantidade de peças a produzir e da complexidade da geometria: para uma série longa, compensa investir numa placa-modelo; para uma peça única, um modelo simples e dividido costuma bastar.

7. Machos e caixas de machos

Um macho é uma peça de areia compactada, obtida numa caixa de macho, colocada dentro do molde depois de o modelo ser retirado, para formar as cavidades internas da peça: furos, canais ou reentrâncias que o modelo, sozinho, não consegue produzir. O macho ocupa o espaço que, na peça final, fica vazio, e apoia-se em assentos de macho, marcas moldadas propositadamente para o efeito.

A caixa de macho é o molde, em madeira ou resina, onde se compacta a areia para produzir o macho. Pode ser de uma peça, dividida em duas metades ou com peças soltas, exatamente como o próprio modelo. Precisa também de saída própria, distinta da do modelo, para que o macho saia sem se partir.

Exemplo resolvido · modelo e caixa de macho a trabalhar em conjunto

Uma peça fundida tem um furo interno cilíndrico. Ao projetar o conjunto:

1. O modelo define a forma exterior da peça e inclui um assento de macho, uma marca onde o macho vai apoiar dentro do molde.
2. A caixa de macho é desenhada para produzir um cilindro de areia com o diâmetro do furo pretendido, mais as extremidades que encaixam nos assentos.
3. Ao montar o molde: retira-se o modelo, coloca-se o macho nos assentos, e fecha-se o molde para vazar o metal.
4. O metal preenche o espaço entre a cavidade do modelo e o macho; o macho impede o metal de ocupar o espaço do furo.

Modelo e caixa de macho são projetados em conjunto: os assentos de um têm de coincidir exatamente com os do outro.

8. Materiais: madeiras e resinas

Madeiras

A escolha da madeira depende da série de peças a produzir, da precisão exigida e do orçamento. As características técnicas mais relevantes são a estabilidade dimensional (não pode empenar nem inchar com a humidade), a densidade e dureza (resistência ao desgaste da compactação repetida de areia), a facilidade de maquinagem e a ausência de nós e veios irregulares.

Usam-se com frequência o pinho (modelos simples, séries curtas), o contraplacado (mais estável, boas superfícies planas, por serem lâminas cruzadas coladas) e madeiras de fibra mais fina para detalhe. A madeira deve estar seca e estabilizada antes de trabalhada, e os modelos devem guardar-se secos, arejados e longe de variações bruscas de temperatura.

Resinas

As resinas (poliéster, epóxi) complementam ou substituem a madeira onde se precisa de maior dureza, resistência ao desgaste ou detalhe muito fino. Têm maior resistência ao desgaste e maior estabilidade em ambientes húmidos, mas custo e tempo de preparação normalmente superiores.

Na aplicação de resinas é essencial respeitar a proporção resina/endurecedor indicada pelo fabricante, trabalhar em espaço ventilado com o EPI adequado (luvas, máscara, óculos), aplicar sobre a base limpa e respeitar o tempo de cura antes de maquinar. Uma solução muito comum é combinar as duas: estrutura em madeira, reforçada ou revestida a resina nas zonas de maior desgaste ou de detalhe fino.

9. Ferramentas e máquinas de carpintaria

Ferramentas manuais

Serrotes e serras de mão para cortes de secção; formões e goivas para desbaste e detalhe; plainas manuais para acerto de superfícies e esquadrias; limas e lixas para acabamento; berbequim manual e brocas para furação. A ferramenta manual entra sobretudo no acabamento fino, depois de a máquina ter feito o desbaste grosso.

Para marcação, usam-se metro e fita métrica (medições gerais), compassos (transferir distâncias), esquadros (verificar ângulos retos) e graminhos (traçar linhas paralelas a uma referência).

Máquinas de carpintaria

Operar equipamentos e ferramentas de acordo com as normas de segurança e as instruções do manual do fabricante é um critério de desempenho explícito da UC: nunca remover proteções, usar sempre o EPI adequado e manter a zona de trabalho limpa e organizada.

10. Técnicas de ligação dos constituintes

Escolher a técnica de ligação certa depende de a ligação ser definitiva ou desmontável, e da precisão exigida:

A combinação mais comum é cola no corpo do modelo e parafusos ou pinos guia nos pontos que precisam de alinhamento ou de desmontagem futura. Os pinos guia garantem alinhamento, não substituem a fixação: uma metade só pinada, sem cola nem parafusos, não fica solidária com a outra.

11. Desenhar, executar e montar

Desenhar no material

Depois de fechado o projeto, transferem-se para a madeira ou resina as cotas já corrigidas, nunca as cotas nominais do desenho da peça. Marca-se a linha de apartação, a posição dos pinos guia, as zonas de maquinagem e os assentos de macho, sempre a partir de uma mesma face de referência, para evitar erro acumulado.

Executar os constituintes

Cortam-se e desbastam-se as metades do modelo, as caixas de machos e as peças soltas, seguindo a marcação, do desbaste grosso para o acabamento fino, verificando dimensionalmente cada peça antes de avançar. Nas caixas de macho, confirmam-se as dimensões internas (definem a cavidade final da peça), aplicam-se as saídas próprias e cuida-se do acabamento interior, que se marca depois no macho e na peça fundida.

Montar o conjunto

Efetua-se a montagem de todos os constituintes, seguindo a ordem prevista no projeto, verificando o alinhamento pelos pinos guia e confirmando que as peças soltas encaixam e saem sem forçar. Antes de dar o trabalho por concluído, testa-se o conjunto simulando a extração do modelo e a colocação dos machos.

12. Controlo metrológico e conformidade

O controlo metrológico garante que o que foi executado corresponde ao que foi projetado. Usam-se instrumentos diferentes conforme a precisão exigida:

Verificar a conformidade dimensional do molde e das caixas de machos com o projeto definido é um critério de desempenho explícito da UC: mede-se depois de cada etapa crítica (corte, furação, montagem), não só no fim do trabalho. Um desvio apanhado cedo é barato de corrigir; o mesmo desvio, descoberto depois de montado o conjunto, pode obrigar a refazer peças inteiras.

Erros comuns

• Usar a régua de contração errada (ou a fita métrica comum) e esquecer de aplicar a contração do metal em causa.
• Trocar a ordem de correção das cotas: aplicar a contração antes da sobre-espessura de maquinagem.
• Esquecer a saída nas superfícies internas de uma caixa de macho, por já se ter aplicado no modelo.
• Decidir a linha de apartação só a meio da execução, em vez de a fechar no projeto.
• Não verificar dimensionalmente cada peça antes de avançar para a seguinte.
• Retirar proteções ou resguardos de máquinas para "ganhar tempo".
• Dar o modelo por concluído sem simular a extração e a colocação do macho.

Glossário

• Fundição: processo de vazar metal líquido para uma cavidade e deixá-lo solidificar com a forma dessa cavidade.
• Modelo: réplica em madeira ou resina da peça a fundir, maior e mais precisa, usada para produzir moldes de areia.
• Molde: cavidade, normalmente em areia, obtida a partir do modelo, onde se vaza o metal.
• Macho: peça de areia colocada no molde para formar cavidades internas na peça fundida.
• Caixa de macho: molde, em madeira ou resina, onde se compacta a areia para produzir o macho.
• Saída (ângulo de desmoldagem): inclinação dada às faces do modelo para permitir a extração sem danificar o molde de areia.
• Contração: redução dimensional do metal ao arrefecer, compensada com um modelo maior que a peça final.
• Régua de contração: régua graduada já ampliada segundo o coeficiente de contração de um metal específico.
• Sobre-espessura de maquinagem: material extra deixado numa superfície que será maquinada depois de fundida.
• Linha de apartação: plano de divisão de um modelo dividido, alinhado por pinos guia.
• Placa-modelo: placa rígida com as duas metades do modelo fixas, usada em produção repetitiva.
• Peça solta: parte do modelo que se destaca durante a extração, por não poder sair junto com o corpo principal.
• Assento de macho: superfície moldada onde o macho apoia dentro do molde.
• Graminho: instrumento de marcação que traça linhas paralelas a uma face de referência.
• Paquímetro: instrumento de medição de precisão, para cotas com décimas ou centésimas de milímetro.
• EPI: equipamento de proteção individual.

Síntese

Executar moldes para fundição segue sempre a mesma sequência: analisar o desenho técnico → elaborar o projeto do molde, com saídas, contração e sobre-espessuras já aplicadas → desenhar no material as cotas corrigidas e as partes constituintes → executar cada constituinte, do modelo às caixas de machos, com as ferramentas e máquinas de carpintaria adequadas e as técnicas de ligação certas → montar o conjunto e verificar a sua conformidade dimensional com o projeto. Madeiras e resinas exigem seleção e preparação próprias; o controlo metrológico, a segurança, a gestão de resíduos e as normas de qualidade acompanham cada uma destas etapas, do primeiro traço no papel à última verificação do modelo montado.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça em aço tem uma cota nominal de 100 mm, sem sobre-espessura de maquinagem nessa face. O coeficiente de contração do aço considerado é 2%. Qual a dimensão a marcar no modelo?

Resolução: 100 × 1,02 = 102 mm. Não havendo sobre-espessura nessa face, a única correção a aplicar é a contração.

2. Porque é que a sobre-espessura de maquinagem se soma antes da contração, e não depois?

Resolução: porque a contração tem de incidir sobre a dimensão total que o metal vai realmente ocupar no molde, incluindo o material extra que mais tarde será maquinado. Se a contração fosse aplicada primeiro, a sobre-espessura ficaria por corrigir e a peça sairia com menos material do que o necessário para maquinar até à cota final.

3. Um modelo tem uma face vertical de 150 mm de altura na direção de extração, sem qualquer saída. Ao tentar retirá-lo, o modelo prende na areia. Que correção se aplica e porquê?

Resolução: aplica-se uma saída (ângulo de desmoldagem), tipicamente cerca de 1° a 2° para uma face desta altura, inclinando a face na direção de extração. Sem saída, o atrito entre a face vertical e a areia compactada desmorona as paredes do molde ao extrair o modelo.

4. Uma peça em série longa vai ser produzida em grande quantidade, com geometria em ambos os lados de um plano de divisão. Que solução de modelo se justifica e porquê?

Resolução: uma placa-modelo (match plate), com as duas metades fixas de cada lado de uma placa rígida e alinhadas com precisão. Para uma série longa, o investimento na placa-modelo compensa pelo rigor dimensional repetível e pela rapidez de produção que garante, ao contrário de um modelo simples dividido, mais adequado a uma peça única.

5. Explica, num exemplo, a diferença entre o que o modelo define e o que a caixa de macho define numa peça fundida com um furo interno.

Resolução: o modelo define a forma exterior da peça e inclui um assento de macho. A caixa de macho produz um macho de areia com a forma do furo pretendido; colocado nos assentos dentro do molde, o macho impede o metal de ocupar o espaço do furo. O modelo dá a forma de fora; o macho reserva o espaço vazio de dentro.

6. Um técnico termina de montar um modelo dividido e considera o trabalho concluído. Que verificação está em falta antes de entregar o modelo à fundição?

Resolução: falta simular a extração do modelo e a colocação dos machos, e verificar a conformidade dimensional do conjunto montado com o projeto do molde, cota a cota. Só depois destas verificações finais é que o modelo está pronto para uso.