Do desenho técnico ao molde

Tudo começa no desenho técnico da peça fundida: cotas, tolerâncias, material e acabamento. O projetista de placas molde tem de analisar esse desenho antes de desenhar seja o que for.

• Identificar as superfícies funcionais, que não podem ter defeitos nem sobreespessura em excesso.
• Perceber a orientação de vazamento mais favorável à peça.
• Detetar zonas críticas: paredes finas, mudanças bruscas de secção, furos profundos.

O molde nunca é mais rigoroso do que a leitura que se faz do desenho da peça.

Relacionar o desenho técnico com o molde

Ler o desenho da peça é responder a um conjunto de perguntas concretas antes de desenhar o molde:

Cada resposta alimenta diretamente uma decisão de projeto do molde.

O que é fundir

Fundição é o processo de obter uma peça vazando metal líquido para dentro de uma cavidade com a forma pretendida, o molde, e deixando-o solidificar.

• Permite produzir formas complexas de outro modo difíceis ou caras de obter.
• Usa-se em ligas ferrosas (ferro fundido, aço) e não ferrosas (alumínio, bronze, latão, zamak).
• A peça fundida chama-se peça em bruto, e é normalmente maquinada depois.

A fundição é uma das tecnologias de fabrico mais antigas e ainda uma das mais usadas na indústria.

Famílias de processos de fundição

Esta UC foca-se na fundição em areia com placa molde, a mais comum no ensino e na indústria de moldes e modelos.

O que é a moldação

Moldar é compactar areia (ou outro material) em torno de um modelo para reproduzir a forma da peça em negativo. O resultado é o molde.

• Areia verde: areia siliciosa com bentonite e água, compactada mecanicamente. Rápida e económica.
• Cura a frio (auto-secante): areia com resina e catalisador, endurece à temperatura ambiente. Mais rigor dimensional.
• Cura a quente (shell moulding): areia com resina, moldada sobre uma placa aquecida. Grande precisão e bom acabamento.

A escolha do processo de moldação condiciona o próprio desenho do molde e da placa molde.

Sequência de moldação com placa molde

1. Fixar o modelo (ou os postiços) sobre a placa molde.
2. Colocar a caixa de moldação (fecho inferior) sobre a placa e compactar a areia.
3. Voltar o conjunto, retirar a placa e repetir para o fecho superior.
4. Abrir os canais de gitagem, colocar os machos, e fechar as duas metades.
5. Vazar o metal líquido pela bacia de vazamento.

Cada etapa depende de decisões tomadas no projeto: a placa molde é o ponto de partida físico de todo o processo.

Definir o tipo de molde

Definir o tipo de molde é uma das realizações centrais da UC: a decisão certa evita retrabalho no resto do projeto.

• Molde de uma só cavidade: uma peça por vazamento, prototipagem ou séries pequenas.
• Molde multicavidade: várias peças iguais por vazamento, ganho de produtividade.
• Molde com machos: quando a peça tem furos, reentrâncias ou zonas ocas.
• Molde sem apartação (bloco único): peças muito simples, sem necessidade de dividir em duas metades.

A escolha cruza a geometria da peça, o volume de produção e o processo de moldação escolhido.

A placa molde

A placa molde é a placa, normalmente em madeira, resina ou alumínio, onde estão fixados o modelo (ou metade dele) e os canais de gitagem, usada para compactar a areia de forma repetível.

• Simplifica e normaliza a moldação: todas as caixas compactadas a partir da mesma placa saem iguais.
• Pode ser de face simples (um lado com o modelo) ou de duas faces (fecho inferior e superior juntos).
• É o investimento inicial do projeto de fundição em série: um erro na placa repete-se em todas as peças.

Projetar bem a placa molde é o cerne desta UC.

Porque normalizar o desenho de moldes

O desenho de moldes segue as normas de desenho técnico gerais (projeções, cotagem, escalas) mais convenções específicas de fundição.

• Vistas e cortes: normalmente corte pela linha de apartação, para mostrar as duas metades.
• Simbologia própria: ângulos de saída, linha de apartação, referências de macho, identificadas com convenções da área.
• Legenda completa: material da peça, liga, escala de contração aplicada, revisão e data.
• Cotagem coerente com as tolerâncias da peça final, não só do molde.

Um desenho de molde sem estas convenções obriga o oficial de fundição a adivinhar.

O desenho do conjunto e dos detalhes

Um projeto de molde completo representa conjuntos e detalhes, como em qualquer projeto mecânico:

• Desenho de conjunto: a placa molde montada, com o modelo, os canais e as referências de fecho.
• Desenho de detalhe: cada postiço, cada macho, cada elemento de gitagem, isolado e cotado.
• Lista de materiais (BOM): madeira ou resina da placa, metal dos postiços, referências normalizadas.
• Vista explodida (quando útil): ajuda a montagem e a verificação de tolerâncias entre peças.

Representar conjuntos e detalhes é uma aptidão avaliada nesta UC.

O que é a linha de apartação

A linha de apartação é a linha (ou superfície) onde o molde se divide em duas metades, para permitir retirar o modelo e depois a peça.

• Deve passar pela maior secção da peça, sempre que possível.
• Idealmente é plana, para facilitar a moldação; apartações irregulares complicam o fabrico.
• Condiciona diretamente as saídas de desmoldagem e a posição dos machos.
• Deixa sempre uma marca fina na peça final, a rebarba de apartação.

Escolher mal a linha de apartação é o erro que mais compromete um projeto de molde.

Escolher a linha de apartação

Critérios práticos para decidir onde fica a linha de apartação:

1. Minimizar o número de machos necessários.
2. Evitar contra-saídas (zonas que impedem a extração direta do modelo).
3. Facilitar o acesso ao sistema de gitagem a partir da linha escolhida.
4. Colocar, sempre que possível, as superfícies funcionais do lado que fica mais limpo (sem rebarba de apartação a exigir acabamento extra).

Uma boa linha de apartação simplifica todo o resto do projeto, uma má linha obriga a compensar mais tarde com machos e acabamentos extra.

O que são as saídas

As saídas (ângulos de desmoldagem ou de saída) são a inclinação dada às paredes do modelo, paralelas à direção de extração, para que o modelo saia da areia sem a danificar.

• Sem saída, o atrito ao retirar o modelo desmorona a areia compactada.
• Aplicam-se a todas as paredes paralelas à direção de desmoldagem, internas e externas.
• Quanto maior a parede, menor o ângulo necessário para o mesmo desvio dimensional.

A saída é acrescentada ao desenho da peça e, nas superfícies em bruto, fica na peça fundida: altera espessuras, massa e cotas não maquinadas. Só desaparece onde há maquinação posterior.

Valores de referência para as saídas

Exemplo resolvido

Uma nervura de 40 mm de altura, moldada em areia verde, leva uma saída de 1,5°. O desvio na base é de 40 × tan(1,5°) ≈ 40 × 0,0262 ≈ **1,05 mm** de folga extra, que fica dentro da sobreespessura de maquinação prevista.

Porque o metal contrai

Ao arrefecer, o metal líquido contrai: passa do estado líquido para sólido e depois arrefece até à temperatura ambiente, reduzindo de volume em cada uma dessas fases.

• A contração corrigida no próprio modelo é a contração linear no estado sólido; a de solidificação é compensada pelo massalote.
• Cada liga tem um coeficiente de contração diferente, retirado de tabelas normalizadas.
• O modelo (e por isso a placa molde) é construído maior do que a peça final, exatamente na percentagem de contração prevista.

Sem esta correção, a peça fundida sai sistematicamente mais pequena do que o desenho pede.

Tabela de contrações e exemplo de cálculo

Exemplo resolvido

Uma peça em alumínio tem, no desenho final, um comprimento de 250 mm. Com uma contração de 1,3%, o modelo tem de ser construído com:

250 + (250 × 0,013) = 250 + 3,25 = **253,25 mm**

Esta cota, e não os 250 mm da peça, é a que vai para o desenho da placa molde.

O que é a sobreespessura de maquinação

A sobreespessura de maquinação é material extra deixado nas superfícies que vão ser maquinadas depois da fundição, para garantir que a maquinação remove qualquer imperfeição superficial e chega à cota final.

• Aplica-se apenas às superfícies funcionais com tolerâncias apertadas, não à peça toda.
• O valor depende do processo de moldação, do tamanho da peça e da posição (superfícies de cima acumulam mais defeitos do que as de baixo).
• É diferente da contração: a contração compensa o encolhimento do metal, a sobreespessura garante material para maquinar.

Sem sobreespessura, a maquinação pode "furar" a peça antes de chegar à cota pretendida.

Valores típicos e onde aplicar

A sobreespessura de maquinação soma-se por cima da cota já corrigida pela contração: primeiro aplica-se a contração, depois a sobreespessura só nas superfícies a maquinar.

Postiços

Os postiços são peças amovíveis do modelo ou da placa molde, usadas para reproduzir detalhes que, de outra forma, criariam contra-saídas.

• Ficam na areia quando o modelo principal é extraído e retiram-se depois, à parte, pela cavidade já aberta.
• Permitem representar saliências, nervuras ou reentrâncias localizadas sem complicar o resto do modelo.
• Têm de ser posicionados com rigor na placa molde, com pinos ou referências de montagem.

Um bom postiço resolve um detalhe geométrico sem obrigar a redesenhar o modelo inteiro.

Machos e caixas de macho

O macho é uma peça de areia, produzida à parte, que se coloca dentro do molde para criar furos, canais ou reentrâncias internas que o modelo sozinho não consegue reproduzir.

• É moldado numa caixa de macho, o negativo da forma do macho, normalmente em madeira, resina ou metal.
• Assenta em marcas de macho, saliências no molde que o posicionam e sustentam durante o vazamento.
• Depois de fundida a peça, o macho é destruído e removido, deixando a cavidade interna pretendida.

Projetar as marcas de macho corretamente é essencial: um macho mal apoiado desloca-se e a peça sai com paredes de espessura irregular.

O sistema de gitagem

A gitagem é o conjunto de canais que conduzem o metal líquido desde o exterior até à cavidade do molde.

Uma gitagem mal desenhada gera turbulência, arrastamento de areia e defeitos internos na peça.

O sistema de alimentação

A alimentação garante que há sempre metal líquido disponível para compensar a contração de solidificação, enquanto a peça arrefece.

• Usa massalotes, reservas de metal líquido ligadas às zonas de maior espessura da peça.
• O massalote tem de solidificar depois da peça, para continuar a alimentá-la até ao fim.
• Localiza-se junto às zonas onde a peça tem maior massa e, por isso, arrefece mais devagar.

Sem alimentação adequada surgem rechupes, cavidades internas de contração por falta de metal na fase final.

Dimensionar os canais de gitagem

O dimensionamento parte do tempo de vazamento desejado e da massa da peça, para calcular a área do canal de ataque, com uma fórmula do tipo:

A_ataque = W / (ρ · t · c · √(2 · g · h))

Onde W é a massa a vazar, ρ a densidade do metal líquido, t o tempo de vazamento, c um coeficiente de eficiência do canal, g a aceleração da gravidade e h a altura efetiva de queda (bacia até ao ataque).

Exemplo resolvido de gitagem

Peça de alumínio, W = 3 kg, vazada em t = 12 s, com altura efetiva h = 200 mm = 0,2 m, c = 0,6 e densidade do alumínio líquido ρ ≈ 2400 kg/m³.

1. Velocidade de queda: v = √(2 × 9,81 × 0,2) ≈ 1,98 m/s
2. Área do ataque: A = 3 / (2400 × 12 × 0,6 × 1,98) ≈ **8,8 × 10⁻⁵ m² ≈ 88 mm²**
3. Para um ataque retangular de 4 mm de altura, a largura ronda os 22 mm.

O sistema de alimentação (massalotes) é calculado à parte, com base no módulo de arrefecimento de cada zona da peça.

Porque simular o enchimento

A simulação do enchimento usa software para prever, antes de fundir a primeira peça real, como o metal líquido preenche o molde e como solidifica.

• Deteta turbulência, ar aprisionado e zonas de enchimento incompleto.
• Prevê rechupes e ajuda a validar o posicionamento dos massalotes.
• Evita fundições de teste caras, corrigindo o projeto ainda no computador.

Simular não substitui a experiência da oficina, mas reduz drasticamente o número de tentativas físicas.

O que se lê numa simulação

Uma simulação típica devolve mapas de cor sobre o modelo 3D do molde:

Com estes resultados, ajusta-se o projeto (gitagem, alimentação, saídas) antes de cortar a placa molde.

Ferramentas de desenho

O projeto de placas molde faz-se hoje sobretudo em software de desenho 2D/3D, o que agiliza cálculos, verificação de interferências e geração de desenhos técnicos.

• CAD 2D (AutoCAD e equivalentes): desenhos técnicos normalizados, cortes e cotagem.
• CAD 3D (SolidWorks, Inventor e equivalentes): modelação do modelo, dos postiços, das caixas de macho e da própria placa molde.
• Software específico de fundição: incorpora bibliotecas de gitagem, massalotes e simulação de enchimento.

O fluxo típico: modelar a peça → aplicar contração → desenhar o molde (linha de apartação, saídas) → gitagem e alimentação → simular → gerar desenhos técnicos.

Verificar a conformidade do molde

Antes de aprovar o desenho final, verifica-se se o molde está conforme o seu próprio projeto e a peça pretendida:

• Sobreposição do modelo 3D com a peça original, para confirmar que a contração e as saídas foram aplicadas corretamente.
• Verificação de interferências entre postiços, machos e a placa molde.
• Revisão da cotagem do desenho técnico final, comparando com o desenho da peça de origem.
• Lista de materiais (BOM) completa, com todas as peças a fabricar.

Verificar a conformidade do molde com o projeto é a última aptidão da UC, o fecho de todo o processo.

Segurança e saúde no trabalho

O projeto de moldes cruza-se sempre com a oficina de fundição, um ambiente com riscos reais que o técnico tem de conhecer e prevenir.

• Equipamentos de proteção individual (EPI): óculos, luvas, calçado de proteção e proteção respiratória junto de poeiras de areia.
• Normas de segurança e saúde no trabalho: manuseamento de ferramentas de corte, máquinas de moldação e cargas.
• O desenho do molde também facilita a segurança na oficina: arestas vivas evitadas, pegas previstas para manuseio.

Cumprir as normas de segurança é um critério de desempenho explícito desta UC, não um extra.

Ambiente e qualidade

Duas frentes finais fecham o referencial da UC:

• Normas de gestão de resíduos e proteção ambiental: areia usada, óleos e resinas têm de ser geridos e descartados conforme a legislação, e o projeto pode reduzir desperdício ao otimizar a gitagem.
• Normas da qualidade: cada decisão de projeto documentada, revista e comparada com o desenho de origem, num processo repetível e rastreável.

Rigor, sentido de organização e sentido crítico não são atitudes soltas: são o que sustenta, na prática, a segurança, o ambiente e a qualidade de todo o projeto.