Sebenta · Aplicar modelos em placas molde (UC05432)

Introdução

Esta sebenta ensina a construir uma placa molde completa para fundição em areia: desde o posicionamento do(s) modelo(s) até ao acabamento final, passando pelo sistema que conduz o metal fundido até à cavidade. A placa molde é a ferramenta que garante que, série após série, as duas metades do molde encaixam sempre da mesma forma e produzem sempre a mesma peça.

O percurso segue o das três realizações desta unidade curricular: criar o esquema de posicionamento do(s) molde(s), efetuar o sistema de gitagem e executar o acabamento final das placas molde. À volta destas três, aprende-se a trabalhar madeira e resinas, a centrar e fixar as duas metades do molde, a medir com rigor e a trabalhar em segurança, respeitando as normas ambientais e de qualidade.

Objetivos de aprendizagem (referencial): selecionar e preparar materiais em função das características do molde a reproduzir; manusear resinas e desmoldantes de acordo com as normas de segurança; cortar e guiar os estrados superior e inferior; montar e aplicar os pinos guia; construir e montar os canais e alimentadores; e aplicar os materiais de acabamento e proteção superficial.

1. Fundição em areia e o papel da placa molde

A fundição em areia é um dos processos mais antigos e ainda mais usados na indústria metalomecânica para produzir peças metálicas: o metal fundido é vazado numa cavidade formada por areia compactada, com a forma da peça pretendida.

Essa cavidade nasce de um molde bipartido: duas metades de areia, cada uma compactada à volta de metade de um modelo. A placa molde (match plate, em inglês) é a placa que suporta as duas metades do modelo, uma em cada face, mantendo sempre a mesma posição relativa entre elas.

Modelo → Placa molde → Moldação (areia) → Gitagem → Vazamento → Solidificação → Desmoldação → Acabamento da peça

Esta UC situa-se antes do vazamento: constrói-se a ferramenta (a placa molde) que depois será usada, repetidamente, para produzir as caixas de moldação.

Porque é que a placa molde é a peça central do processo

Numa produção em série, o mesmo modelo é usado centenas ou milhares de vezes. Se a placa molde tiver um defeito de posicionamento, esse defeito repete-se em todas as peças fundidas nela. Por isso, o rigor nesta fase compensa-se muitas vezes ao longo da produção: um erro corrigido na placa poupa milhares de peças rejeitadas mais tarde.

A UC é aplicável a diferentes contextos da indústria metalomecânica: desde oficinas de fundição de pequena série a produção contínua para a indústria automóvel ou de máquinas.

2. Desenho técnico do molde

Nenhuma placa molde se constrói sem um desenho técnico completo da peça e do molde correspondente. É o desenho que fixa as cotas, as vistas e os elementos que garantem uma peça fundida corretamente.

Elementos que todo o técnico tem de identificar

• Linha de apartação: onde o molde se divide em duas metades. Determina a orientação do modelo na placa e, muitas vezes, o número de cavidades possíveis.
• Ângulo de saída (draft): inclinação mínima das paredes verticais do modelo, para que ele saia da areia sem a danificar ao ser retirado.
• Sobremetal de maquinação: material extra deixado nas superfícies que vão ser maquinadas depois de fundidas.
• Contração de fundição: os metais encolhem ao arrefecer de líquido a sólido. O modelo é sempre ligeiramente maior do que a peça final, segundo uma percentagem própria de cada metal.

Exemplo resolvido: confirmar cotas antes de cortar

Um desenho indica uma peça com 180 mm de comprimento. A liga a fundir tem uma contração linear típica de 1,5%. Qual é o comprimento do modelo a construir?

Resolução: 1. Fator de contração: 1,5% = 0,015. 2. Acréscimo: 180 mm × 0,015 = 2,7 mm. 3. Comprimento do modelo: 180 + 2,7 = 182,7 mm.

Confirma-se sempre esta cota antes de cortar a madeira, cruzando o desenho com as dimensões reais da caixa de moldação disponível na oficina.

3. Materiais e equipamentos para trabalhar madeira

A construção clássica de uma placa molde parte da madeira, reforçada depois com resina e protegida com verniz.

Madeiras mais usadas

Máquinas e ferramentas de oficina

• Serra circular e serra de fita: cortes retos e curvos.
• Plaina: planificar superfícies e garantir faces paralelas.
• Tupia: perfis, rebaixos e acabamentos de bordo.
• Furadora de coluna: furos precisos para pinos guia.
• Ferramentas manuais: formões, serrotes, esquadros, lixadeiras.

Exemplo resolvido: escolher a madeira certa

Uma oficina vai produzir uma placa molde para uma série de 5.000 peças. Que madeira escolher entre pinho e faia, e porquê?

Resolução: escolhe-se faia. Uma série longa sujeita a placa a milhares de ciclos de compactação e desmoldação; o pinho, mais macio, desgastaria depressa as arestas e as zonas de contacto com a areia. O custo mais elevado da faia compensa-se pela durabilidade em produções de grande série. Para uma amostra ou protótipo de poucas peças, o pinho seria suficiente e mais económico.

4. Resinas e desmoldantes

A madeira, sozinha, desgasta-se depressa em produção contínua. As resinas (tipicamente epóxi, de dois componentes) reforçam e protegem as superfícies de trabalho, e permitem também reparar imperfeições.

Trabalhar com resinas em segurança

• Misturar sempre resina e endurecedor na proporção exata indicada pelo fabricante, confirmada com a balança.
• Respeitar o tempo de vida útil da mistura (pot life): passado esse tempo, a resina começa a endurecer no recipiente.
• Trabalhar em espaço ventilado, com luvas e, se necessário, máscara para vapores.

Desmoldantes

O desmoldante aplica-se sobre o modelo para impedir que a areia (ou a resina, em certas moldações especiais) se agarre à superfície.

Aplica-se em camada fina e uniforme, com pano ou pulverizador, antes de cada nova compactação de areia. Um dos critérios de desempenho da UC exige explicitamente "manusear as resinas e desmoldantes de acordo com as normas de segurança": vapores inflamáveis, ventilação adequada e equipamento de proteção individual são obrigatórios em toda esta etapa.

5. Esquema de posicionamento do(s) molde(s)

A primeira realização da UC é criar o esquema de posicionamento do(s) molde(s): um desenho, à escala, que define exatamente onde cada modelo, ou cada cavidade, fica colocado sobre a placa.

O que o esquema tem de conter

• A orientação de cada modelo em relação à linha de apartação.
• A distância aos bordos da placa e da caixa de moldação.
• O espaçamento entre cavidades, quando há mais do que um modelo na mesma placa.
• O espaço já reservado para o sistema de gitagem, que vai ocupar a mesma placa.

Critérios de posicionamento

1. Equilíbrio de peso: modelos distribuídos de forma a compactar a areia de forma uniforme dos dois lados.
2. Proximidade à gitagem: encurtar o percurso do metal fundido sem invadir o espaço de outras cavidades.
3. Distância de segurança aos bordos: a areia precisa de espaço para compactar bem à volta de cada modelo.
4. Simetria, sempre que possível, facilita a centragem posterior entre estrados.

Exemplo resolvido: posicionar duas cavidades numa placa

Uma placa tem 500 × 400 mm de área útil. Vão colocar-se duas cavidades idênticas de 150 × 100 mm cada, lado a lado, respeitando 60 mm de distância entre elas e aos bordos.

Resolução: 1. Largura ocupada pelas duas cavidades: 150 + 60 + 150 = 360 mm. 2. Margem restante na largura: 400 − 360 = 40 mm, ou seja 20 mm de cada lado (inferior ao mínimo de 60 mm pedido). 3. Como a margem não chega, reduz-se a distância entre cavidades para 40 mm ou aumenta-se a área da placa. 4. Solução adotada: reduzir para 40 mm entre cavidades e 30 mm a cada bordo lateral, o suficiente para a areia compactar sem enfraquecer a resistência da placa.

Este exemplo mostra porque o esquema de posicionamento se desenha antes de qualquer corte: um erro de cálculo detetado no papel custa uma borracha, detetado na madeira custa uma placa inteira.

6. Estrados, centragem e pinos guia

Estrados superior e inferior

Os estrados são as placas base que sustentam cada metade do molde: o estrado superior corresponde à metade de cima (cope), o estrado inferior à metade de baixo (drag). Ambos têm de ser cortados às cotas exatas da caixa de moldação disponível e guiados entre si.

Passo a passo para cortar e guiar os estrados: 1. Marcar as cotas com instrumentos de traçagem: esquadro, riscador e compasso. 2. Cortar à medida da caixa de moldação, com margem mínima de acabamento. 3. Verificar a planeza de cada face com régua ou nível. 4. Guiar as duas peças entre si com referências temporárias antes de instalar os pinos guia definitivos. 5. Confirmar as cotas finais com metro, fita métrica e paquímetro.

Guias de centragem

As guias de centragem garantem que o estrado superior e o inferior se alinham sempre da mesma forma. São, tipicamente, buchas ou casquilhos fixos num dos estrados, posicionados de forma simétrica para não introduzir folga preferencial de um lado.

Pinos guia

O pino guia garante que as duas metades do molde fecham sempre na mesma posição relativa.

1. Colocar os pinos guia nas posições definidas no esquema de posicionamento.
2. Ajustá-los para deslizarem sem folga excessiva nem aperto forçado.
3. Fechar o molde e verificar o alinhamento entre metades.
4. Corrigir com massa de reparação ou reposicionamento, se necessário.

7. Sistemas de fixação

A placa molde está sujeita a vibração e pressão durante a compactação da areia. Os sistemas de fixação garantem que nada se desloca durante esse processo:

• Fixação do modelo à placa: parafusos, colagem com resina, ou a combinação das duas.
• Fixação da placa ao equipamento de compactação, quando aplicável ao processo da oficina.
• Grampos e apertos que seguram o conjunto sem marcar nem danificar a madeira.

A escolha do sistema depende sempre das características do molde a reproduzir, o mesmo critério que orienta a escolha dos materiais na secção 3: um modelo pequeno e leve pode fixar-se só com cola, um modelo grande e pesado exige reforço mecânico.

8. Sistema de gitagem: componentes e cálculo

A segunda realização da UC é efetuar o sistema de gitagem: o conjunto de canais que conduz o metal fundido desde o vazamento até à cavidade do molde, de forma controlada.

Os componentes do sistema

Construir e montar os canais

1. Marcar o percurso do canal sobre a placa, seguindo o esquema de posicionamento já definido.
2. Esculpir o canal com secção suave, sem arestas vivas, que causariam turbulência no metal.
3. Ligar o canal de distribuição ao gito de ataque, junto de cada cavidade.
4. Verificar as dimensões com paquímetro, comparando com o desenho técnico.
5. Lixar o interior do canal, uma superfície rugosa gera turbulência e arrasta ar para o metal.

Alimentadores: dimensionar corretamente

Os metais contraem ao solidificar. O alimentador é uma reserva de metal líquido junto às zonas mais espessas da peça, colocado nas últimas zonas a solidificar. Regra prática de oficina: o alimentador tem de ter uma secção maior do que a zona que alimenta, senão solidifica antes dela e deixa de compensar a contração.

Exemplo resolvido: proporção da gitagem

Sistema de gitagem não pressurizado, com a proporção clássica de oficina bebedouro : canal de distribuição : gito de ataque = 1 : 1,5 : 1,25. A placa tem duas cavidades iguais, cada uma com um gito de ataque de 2 cm² de secção.

Resolução: 1. Área total dos gitos de ataque: 2 cavidades × 2 cm² = 4 cm² (referência = 1,25). 2. Canal de distribuição: 4 cm² × (1,5 / 1,25) = 4,8 cm². 3. Bebedouro: 4 cm² × (1 / 1,25) = 3,2 cm².

O bebedouro fica sempre com a menor secção do sistema: é ele que controla o ritmo de entrada do metal, como um funil com o bocal mais estreito.

Verificar o alinhamento entre metades

Antes de dar a placa por concluída, fecha-se o molde e verifica-se o alinhamento entre os dois estrados: os pinos guia devem encaixar sem forçar, e o paquímetro confirma que não há desvio entre as faces de apartação. Este teste repete-se várias vezes, simulando o uso real em produção.

9. Acabamento: abrasivos, massas de reparação e proteção superficial

A terceira realização da UC é executar o acabamento final das placas molde.

Lixar e preparar a superfície

A progressão de grão dos abrasivos vai do grosso (remover marcas de ferramenta) ao médio e depois ao fino (superfície lisa final). Lixa-se sempre no sentido do veio da madeira, com extração de pó e EPI adequado, o pó de madeira e de resina é irritante e inflamável.

Massas de reparação, passo a passo

1. Limpar a zona a reparar, removendo pó e gordura.
2. Aplicar a massa em ligeiro excesso, deixando secar o tempo indicado pelo fabricante.
3. Lixar a zona reparada até nivelar com a superfície envolvente.
4. Confirmar ao tato e visualmente que não há transição percetível entre a massa e a madeira original.

Vernizes e proteção superficial

A última etapa sela a madeira e a resina contra a humidade e o desgaste provocado pela areia:

• Aplicar em camadas finas e sucessivas, lixando ligeiramente entre demãos.
• Respeitar o tempo de secagem indicado pelo fabricante entre cada camada.
• Uma placa bem protegida aguenta muitas mais compactações antes de precisar de manutenção.

Exemplo resolvido: planear o acabamento de uma placa

Uma placa molde tem três pequenos defeitos (marcas de ferramenta) e vai receber duas demãos de verniz. Organiza os passos pela ordem correta.

Resolução: 1) lixar com grão grosso para nivelar a superfície geral; 2) aplicar massa de reparação nos três defeitos e deixar secar; 3) lixar as zonas reparadas até nivelar; 4) lixar toda a placa com grão médio e depois fino; 5) aplicar a primeira demão de verniz; 6) lixar ligeiramente depois de seca; 7) aplicar a segunda demão de verniz. Fazer o inverso, por exemplo envernizar antes de reparar os defeitos, obriga a repetir todo o processo.

10. Instrumentos e técnicas de medição

Todo o processo, do corte da madeira ao acabamento final, é acompanhado por instrumentos de medição.

Técnica de medição na prática: 1. Medir sempre com a placa numa superfície estável e nivelada. 2. Confirmar cada cota crítica duas vezes, com o mesmo instrumento. 3. Registar as medições, comparando sempre com o desenho técnico original. 4. Em caso de desvio, decidir entre corrigir, reforçar com massa de reparação ou refazer a peça.

O rigor na medição é a atitude que sustenta todas as outras verificações desta UC: sem medições fiáveis, nenhum controlo de qualidade é fiável.

11. Segurança, ambiente e qualidade

Equipamento de proteção individual

• Óculos de proteção e máscara contra pó de madeira e vapores de resina.
• Luvas ao manusear resinas, desmoldantes e massas de reparação.
• Protetor auditivo junto das máquinas mais ruidosas.
• Calçado de segurança, sempre na oficina.

Normas de segurança e saúde no trabalho

Operar máquinas de madeira sempre com as proteções montadas; manusear resinas em espaço ventilado, longe de fontes de ignição; guardar vernizes e solventes em local próprio, por serem materiais inflamáveis.

Gestão de resíduos e ambiente

Os resíduos de madeira (aparas, serradura) separam-se sempre dos resíduos de resina e desmoldantes, que são perigosos e têm destino próprio. As normas de proteção ambiental aplicam-se ao armazenamento e ao descarte de todos os químicos usados na oficina.

Normas da qualidade

As normas da qualidade aplicam-se à placa molde como a qualquer produto: rastreabilidade do que foi construído, verificação final documentada e registo de conformidade antes de a placa entrar em produção.

Erros comuns

• Cortar a madeira antes de confirmar as cotas com a caixa de moldação real.
• Usar madeira verde (não seca), que empena com a humidade e desalinha a placa.
• Misturar resina em excesso, que endurece no recipiente antes de ser aplicada.
• Aplicar desmoldante em excesso, que escorre e marca a peça fundida.
• Instalar guias de centragem fora de esquadria, introduzindo folga preferencial de um lado.
• Apertar demasiado o encaixe dos pinos guia, que emperra e desgasta prematuramente.
• Deixar arestas vivas nos canais de gitagem, que geram turbulência no metal.
• Colocar o alimentador na zona mais fina da peça em vez da mais espessa.
• Lixar contra o veio da madeira, marcando riscos visíveis na superfície.
• Aplicar verniz em camada grossa de uma vez, que escorre e fica irregular.
• Misturar resíduos de madeira com resíduos de resina no mesmo recipiente.

Glossário

• Placa molde (match plate) · placa que suporta as duas metades de um ou mais modelos, garantindo posição repetível entre elas.
• Modelo · peça (geralmente em madeira ou resina) com a forma da peça a fundir, usada para moldar a areia.
• Molde bipartido · molde de fundição dividido em duas metades, cope e drag.
• Linha de apartação · linha onde o molde se divide nas duas metades.
• Ângulo de saída (draft) · inclinação das paredes verticais do modelo, necessária para o retirar da areia sem danos.
• Estrado · placa base, superior ou inferior, que sustenta cada metade do molde.
• Guia de centragem · elemento fixo que alinha os dois estrados sempre da mesma forma.
• Pino guia · componente que garante o fecho correto entre as duas metades do molde.
• Gitagem · sistema de canais que conduz o metal fundido até à cavidade do molde.
• Bebedouro · canal de descida que recebe o metal vazado.
• Gito de ataque · canal que liga a distribuição à cavidade.
• Alimentador (massalote) · reserva de metal que compensa a contração de solidificação.
• Desmoldante · produto aplicado no modelo para evitar que a areia ou a resina se agarrem.
• Sobremetal de maquinação · material extra deixado na peça para acabamento posterior à máquina.

Síntese

Construir uma placa molde segue sempre a mesma sequência: desenho técnico (ler cotas, ângulos de saída e contração) → materiais (madeira e resinas preparadas em segurança) → esquema de posicionamento (onde fica cada modelo e a gitagem) → estrados, centragem e pinos guia (garantir fecho repetível) → sistemas de fixação (nada se desloca na compactação) → sistema de gitagem (canais dimensionados e alimentadores bem colocados) → acabamento (abrasivos, massas de reparação e proteção superficial) → medição e verificação em cada etapa → tudo enquadrado por segurança, ambiente e qualidade. Domina este fluxo e estás pronto para construir uma placa molde de raiz, do desenho à peça fundida.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça tem 250 mm de comprimento e a liga a fundir tem contração de 2%. Que comprimento deve ter o modelo?

Resolução: acréscimo = 250 × 0,02 = 5 mm. Comprimento do modelo = 250 + 5 = 255 mm.

2. Que instrumento usar para confirmar a proporção entre resina e endurecedor antes de misturar?

Resolução: a balança. A proporção indicada pelo fabricante é sempre por peso, não por volume à vista, um erro na proporção compromete a cura da resina.

3. Depois de fechar o molde, sentes que os pinos guia forçam ao encaixar. O que fazes?

Resolução: não se força o encaixe. Verifica-se o alinhamento das guias de centragem e o ajuste dos pinos; um pino demasiado apertado desgasta-se depressa e pode partir. Ajusta-se a folga até deslizar sem esforço nem folga excessiva.

4. Um sistema de gitagem tem o bebedouro com a maior secção de todo o sistema. O que está errado?

Resolução: está invertido. O bebedouro deve ter a menor secção, para controlar a entrada do metal; se for o maior, o metal entra sem controlo e cria turbulência e arrasto de ar.

5. Onde se coloca o alimentador numa peça com uma zona fina e uma zona espessa?

Resolução: junto à zona mais espessa, que é a última a solidificar. Se estivesse na zona fina, o próprio alimentador solidificaria antes da peça e deixaria de compensar a contração.

6. Depois de reparar um defeito com massa, a placa vai receber verniz. Qual é a ordem correta dos últimos passos?

Resolução: deixar a massa secar → lixar a zona reparada até nivelar → lixar toda a placa com grão fino → aplicar a primeira demão de verniz → lixar ligeiramente → aplicar a segunda demão. Envernizar antes de a massa estar bem nivelada obriga a repetir o acabamento inteiro.