O que é a fundição

Fundir é obter uma peça vertendo metal líquido para dentro de uma cavidade (o molde) com a forma pretendida, deixando-o solidificar. É um dos processos de fabrico mais antigos e mais usados na indústria metalomecânica.

• Permite obter formas complexas difíceis ou impossíveis de conseguir por maquinagem.
• É competitivo em séries grandes e em peças de geometria interna complicada.
• É o ponto de partida do técnico de projeto de moldes e modelos: sem molde, não há peça fundida.

O técnico de fundição analisa a peça a obter, seleciona o processo, define as variáveis críticas, executa as técnicas e operações e efetua o controlo de qualidade das peças.

Tipos e aplicações da fundição

Vantagens: formas complexas numa só peça, economia de material em séries grandes, boa repetibilidade quando o processo está controlado.

Limitações: exige controlo rigoroso das variáveis, pode gerar defeitos internos (porosidade, rechupes) se o arrefecimento não for bem conduzido.

Analisar os requisitos técnicos e funcionais da peça

A primeira realização da UC é analisar os requisitos técnicos e funcionais da peça a obter, a partir do desenho técnico (plantas).

• Dimensões, tolerâncias e acabamento superficial exigido.
• Função da peça: onde vai trabalhar, que esforços recebe.
• Material especificado: metal ou liga metálica a usar.
• Quantidade a produzir: uma peça, série pequena ou série grande.

Sem interpretar bem a planta, todas as decisões seguintes (processo, molde, variáveis) partem de uma base errada.

A ficha de trabalho

A ficha de trabalho acompanha a peça ao longo do processo: regista dados técnicos, materiais, parâmetros do processo e resultados do controlo de qualidade.

• Interpretar as fichas de trabalho é uma aptidão avaliada nesta UC.
• As fichas de acompanhamento das fases do processo de produção registam cada etapa: moldação, fusão, vazamento, arrefecimento, desmoldação, acabamento.
• Selecionar as matérias-primas de acordo com a ficha de trabalho é um dos critérios de desempenho.

A ficha de trabalho é o elo entre o desenho técnico e a execução prática na oficina de fundição.

Matérias-primas: tipos de areias de fundição

A fundição em areia é o processo mais usado. A areia forma o molde que dá a forma à peça. As matérias-primas usadas em fundição devem ser selecionadas de acordo com a ficha de trabalho.

• Areia de sílica: a base mais comum, grãos de quartzo.
• Argila (bentonite): liga os grãos de areia entre si, dá coesão ao molde.
• Água: ativa a bentonite (areia verde).
• Aditivos: carvão mineral, resinas, endurecedores, conforme o processo.

A mistura certa dá resistência, permeabilidade aos gases e boa reprodução dos detalhes da peça.

Areia verde, areia autossecativa e areia de macharia

A areia usada nos machos (caixa fria e caixa quente) é normalmente mais rígida do que a do molde, porque o macho fica rodeado de metal líquido por todos os lados.

Densidade e temperatura de fusão

Cada metal e liga metálica tem propriedades próprias que condicionam todo o processo de fundição, sobretudo a densidade e a temperatura de fusão.

• Metais de fusão mais baixa (alumínio, bronze) permitem moldes mais simples.
• Metais de fusão alta (ferro, aço) exigem fornos e moldes mais resistentes ao calor.

Escolher a liga certa para a peça

A escolha da liga metálica depende dos requisitos funcionais da peça, analisados no desenho técnico:

• Resistência mecânica exigida em serviço.
• Resistência à corrosão (ambiente onde a peça vai trabalhar).
• Peso: ligas de alumínio são muito mais leves do que o ferro fundido.
• Custo e disponibilidade do material.

Definir a liga é já uma variável crítica do processo, porque condiciona a temperatura de fusão, o tipo de molde e a técnica de vazamento a usar.

Tipos de moldes para fundição

O molde dá a forma à peça. O referencial distingue quatro tipos principais:

• Molde permanente: metálico, reutilizável centenas de vezes (usado em coquilha e injeção).
• Placas-molde: suportam o modelo, usadas na moldação mecânica para produzir muitos moldes de areia iguais.
• Molde solto: em areia, feito à volta de um modelo que depois se retira, molde reutilizado ciclo a ciclo com areia nova.
• Molde perdido: destruído para retirar a peça (moldação em areia tradicional e cera perdida), um molde por peça.

Constituintes do molde

• Cavidade: espaço com a forma da peça.
• Sistema de gitagem: canais por onde o metal entra (bacia de vazamento, canal de descida, canais de distribuição).
• Massalotes: reservas de metal líquido que alimentam a peça durante a solidificação, compensando a contração.
• Respiros (canais de gases): deixam sair o ar e os gases gerados durante o vazamento.
• Macho: peça de areia que forma os vazios internos.

Descrever os diferentes constituintes dos moldes é um critério de desempenho explícito desta UC.

Moldação manual

Na moldação manual, o molde é feito à mão, compactando a areia à volta do modelo dentro de uma caixa (caixa de moldação, em duas metades: chapola inferior e superior).

1. Colocar o modelo na chapola inferior sobre uma base plana.
2. Encher com areia e compactar (socar) à volta do modelo.
3. Rasar o excesso de areia, virar a chapola.
4. Repetir na chapola superior, com o sistema de gitagem.
5. Retirar o modelo com cuidado, sem danificar a cavidade.
6. Fechar e cintar as duas chapolas antes do vazamento.

Moldação mecânica

Na moldação mecânica, máquinas compactam a areia (por vibração, prensagem ou projeção), com placas-molde que aceleram muito a produção em série.

A moldação mecânica é a técnica típica das fundições industriais, alimentada por placas-molde padronizadas.

O que é um macho e a caixa de machos

O macho é um bloco de areia curada que se coloca dentro do molde para formar os vazios internos da peça (ex.: o furo de um tubo fundido). É produzido numa caixa de machos, o molde próprio do macho.

• Deve ser resistente, porque fica rodeado de metal líquido em todas as faces.
• Precisa de respiros próprios para deixar sair os gases gerados no interior.
• É apoiado por assentos (marcas) que o posicionam corretamente dentro do molde.

Identificar os tipos de caixas de machos e os processos de obtenção de machos é matéria explícita do referencial.

Caixa fria e caixa quente

Dois processos de macharia curam a areia do macho de forma diferente:

• Caixa fria (cold box): a areia com resina cura à temperatura ambiente por reação química com um gás catalisador. Rápida, boa para geometrias complexas.
• Caixa quente (hot box): a areia com resina cura por ação do calor da própria caixa aquecida. Boa produtividade em série.

Ambas dão machos mais resistentes e dimensionalmente mais rigorosos do que a areia verde, por isso são a escolha para machos de geometria exigente.

Selecionar o processo de fundição: em areia

Depois de analisar a peça, o técnico seleciona o processo de fundição mais adequado. O primeiro grande grupo é a fundição em areia:

• Molde perdido, um por peça; areia verde ou autossecativa.
• Muito versátil: quase qualquer liga, quase qualquer tamanho e forma.
• Custo de molde baixo, mas mais lento por peça do que os processos com molde permanente.
• Acabamento superficial mais rugoso, geralmente exige maquinagem posterior.

É o processo de referência para peças grandes, séries pequenas a médias e protótipos.

Fundição em coquilha

A coquilha é um molde metálico permanente, normalmente em aço ou ferro fundido, reutilizado centenas ou milhares de vezes.

• O metal líquido é vertido por gravidade (ou baixa pressão) para dentro da coquilha.
• Arrefecimento mais rápido do que na areia, grão mais fino, melhor acabamento superficial.
• Séries médias a grandes; ligas de fusão mais baixa (alumínio, ligas de zinco).
• Investimento inicial no molde é mais elevado do que na fundição em areia.

Fundição injetada

Na fundição injetada (die casting), o metal líquido é injetado sob pressão elevada para dentro de um molde metálico permanente.

• Enchimento muito rápido, ciclos de produção curtos.
• Ligas de baixa temperatura de fusão: alumínio, zinco, magnésio.
• Excelente acabamento e precisão dimensional, paredes finas possíveis.
• Investimento em equipamento e molde muito elevado, só compensa em grandes séries.

Típica de componentes de automóvel, eletrodomésticos e carcaças.

Fundição por cera perdida (microfusão)

A cera perdida (investment casting) usa um modelo de cera que é destruído para dar lugar ao molde:

1. Faz-se um modelo da peça em cera.
2. Revestem-se sucessivas camadas de material refratário à volta da cera (a casca cerâmica).
3. Aquece-se: a cera derrete e escoa (é "perdida"), deixando a cavidade oca.
4. Verte-se o metal líquido na casca ainda quente.
5. Parte-se a casca cerâmica para retirar a peça.

Permite detalhe muito fino e excelente acabamento, mas é lenta e cara: usa-se em peças de precisão, joalharia, próteses, pás de turbina.

Preparar e fundir o metal ou liga metálica

Depois de definido o molde e a liga, prepara-se e funde-se o metal. Esta é uma das variáveis críticas definidas pelo técnico:

• Pesagem da carga metálica (metal novo + retornos de fundição, como gitos e massalotes anteriores).
• Fusão no forno: fornos de indução, de cadinho ou de fusão a gás, conforme a liga e a escala.
• Controlo da temperatura: cada liga tem uma janela de temperatura de vazamento ótima, acima da temperatura de fusão.
• Desgasificação e escorificação: remover gases dissolvidos e impurezas (escória) à superfície do banho.

Segurança na fusão

A fusão de metais é uma das fases mais perigosas do processo, pela temperatura e pelo risco de projeções:

• Equipamento de proteção individual (EPI) obrigatório: viseira facial, luvas e avental resistentes ao calor, botas de biqueira de aço.
• Nunca aproximar material húmido do metal líquido: a humidade evapora bruscamente e provoca projeções violentas.
• Zona de fusão sinalizada e com ventilação adequada aos fumos metálicos.
• Cumprir sempre as normas de segurança e saúde no trabalho nesta fase.

Técnica de vazamento do metal no molde

Efetuar o vazamento do metal no molde é uma aptidão central da UC:

• Verter o metal líquido de forma contínua e controlada pela bacia de vazamento, evitando turbulência.
• Manter a altura de queda mínima possível, para não incorporar ar no banho.
• Respeitar a temperatura de vazamento definida para a liga.
• Vazar até o metal aparecer nos respiros e massalotes, sinal de que o molde encheu por completo.

O vazamento é irreversível: qualquer erro aqui só se corrige com a peça já defeituosa.

Controlo do arrefecimento

Depois de cheio, o molde arrefece e o metal solidifica. O controlo do arrefecimento é uma variável crítica do processo:

• Um arrefecimento demasiado rápido pode gerar tensões internas e fissuras.
• Um arrefecimento demasiado lento aumenta o tempo de ciclo e pode alterar a microestrutura da liga.
• Os massalotes devem solidificar por último, para continuarem a alimentar a peça com metal líquido enquanto ela contrai.
• Monitorizar a solidificação faz parte das aptidões avaliadas.

A sequência de solidificação correta é: primeiro as partes finas da peça, por último os massalotes.

Desmoldação: processo, procedimentos e cuidados

A desmoldação é a operação de retirar a peça já sólida do molde:

• Em molde perdido (areia), a chapola parte-se ou vibra-se para libertar a peça, a areia é depois recuperada e reciclada.
• Em molde permanente (coquilha, injeção), a peça é extraída e o molde reaproveitado de imediato.
• Cuidado com temperaturas residuais ainda elevadas: usar EPI térmico.
• Manuseamento cuidadoso para não danificar arestas ou geometrias finas ainda frágeis.

Limpeza e acabamento da peça fundida

Depois de desmoldada, a peça ainda não está pronta: precisa de limpeza e acabamento.

• Remoção dos gitos e massalotes: cortados por serra, rebarbadora ou corte a quente.
• Granalhagem/jateamento: remove areia agarrada e óxidos da superfície.
• Rebarbagem: elimina rebarbas nas linhas de junção do molde.
• Tratamento térmico (quando exigido pela liga): alívio de tensões, recozimento.
• Inspeção visual e dimensional final antes do controlo de qualidade.

Aplicar os procedimentos de limpeza e acabamento é uma aptidão explícita, e a sequência importa: primeiro corta-se o excesso, só depois se limpa a superfície.

Efetuar o controlo de qualidade das peças

Efetuar o controlo de qualidade das peças é a última realização da UC, e fecha o ciclo iniciado na análise dos requisitos:

• Inspeção visual: superfície, rebarbas, porosidade visível.
• Inspeção dimensional: cotas e tolerâncias comparadas com o desenho técnico.
• Deteção de defeitos internos: porosidade, rechupes, inclusões, sopros (com raio-x ou ultrassons quando exigido).
• Registo dos resultados na ficha de trabalho, para rastreabilidade.

Uma peça só está "conforme" quando cumpre, ao mesmo tempo, o desenho técnico, a liga especificada e a ausência de defeitos inaceitáveis.

Defeitos comuns de fundição

Reconhecer o defeito e ligá-lo à causa é o que distingue um técnico competente: o controlo de qualidade não serve só para rejeitar, serve para corrigir o processo.

Normas de gestão de resíduos e proteção ambiental

A fundição gera resíduos que têm de ser geridos corretamente:

• Areia usada: reciclada quando possível, ou encaminhada como resíduo conforme as normas.
• Escória e restos metálicos: separados e reintroduzidos no ciclo de fusão sempre que possível.
• Emissões e fumos: captados e tratados, cumprindo as normas de proteção ambiental.
• Água de arrefecimento: tratada antes de qualquer descarga.

Aplicar as normas de gestão de resíduos e de proteção ambiental é um critério de desempenho avaliado na prática, não apenas teoria.

Equipamentos de proteção individual e segurança

O trabalho em fundição junta calor, metal líquido, poeiras e máquinas: exige disciplina total de segurança.

• EPI obrigatório: viseira, luvas térmicas, avental, botas de biqueira de aço, proteção respiratória contra poeiras de areia.
• Normas de segurança e saúde no trabalho: sinalização de zonas de risco, distâncias de segurança ao vazamento.
• Planos e normas de segurança: procedimentos de emergência, extintores adequados a metal (nunca água em fogo de metal).
• Utilizar os equipamentos de proteção individual é uma aptidão avaliada em todas as fases práticas.

Normas da qualidade

Além da segurança e do ambiente, a fundição segue normas da qualidade que garantem consistência entre lotes e fundições diferentes:

• Especificações de composição química da liga, verificadas por análise.
• Especificações de tolerâncias dimensionais e acabamento superficial.
• Procedimentos de inspeção e ensaio normalizados (visual, dimensional, não destrutivo).
• Registos de rastreabilidade, ligando cada peça ao lote de metal e ao operador.

Cumprir as normas da qualidade, a par das de segurança, resíduos e proteção ambiental, é o último critério de desempenho da UC, e atravessa todas as fases anteriores.