Sistema de Enchimento

CONSUTEC Consultoria e Suporte Técnico em Fundição

SISTEMA SI STEMA DE ENCH I MEN T O DE PE ÇA S FU NDIDA S

SISTEMA DE ENCHIMENT EN CHIMENTO O No estado líquido, as ligas metálicas costumam ser reativas aos gases da atmosfera das fundições e dos moldes.

Oxigênio e Hidrogênio Causam: - Cavidade nas peças fundidas formadas por bolha de O 2 ou H2; - Inclusões não-metálicas, freqüentemente macroscópicas, Óxidos Óxidos combinados com outros óxidos e/ou silicatos proveniente do molde (areia, revestimento refratário do forno e da panela de vazamento); - Segregação de hidrogênio para o contorno de grão prejudica as propriedades mecânicas.

SISTEMA DE ENCHIMENT EN CHIMENTO O No estado líquido, as ligas metálicas costumam ser reativas aos gases da atmosfera das fundições e dos moldes.

Oxigênio e Hidrogênio Causam: - Cavidade nas peças fundidas formadas por bolha de O 2 ou H2; - Inclusões não-metálicas, freqüentemente macroscópicas, Óxidos Óxidos combinados com outros óxidos e/ou silicatos proveniente do molde (areia, revestimento refratário do forno e da panela de vazamento); - Segregação de hidrogênio para o contorno de grão prejudica as propriedades mecânicas.

SISTEMA DE ENCHIMENTO A captação desses gases durante o escoamento do metal líquido

torna-se mais intensa quanto maior seja o tempo de exposição do metal à atmosfera e quanto maior turbulência do fluxo metálico nos canais . A turbulência no escoamento contribui contribui também para a erosão do molde pelo fluxo de metal líquido, resultando em inclusões de areia nas peças. Por outro lado, o tempo de enchimento do molde é fator importante na ocorrência de defeitos devido à expansão térmica da areia (tais como descascamento e rabo de rato), ou solda fria, além de ser determinante na produtividade da operação de vazamento.

SISTEMA DE ENCHIMENT EN CHIMENTO O

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CONCEITO São dutos com a finalidade de conduzir conduzir o metal líquido até a cavidade cavidade do molde correspondente a peça, limpo e na temperatura adequada para produzir uma peça com qualidade. FUNÇÕES DOS CANAIS - Reduzir turbulência do fluxo de metal líquido a medida que o mesmo percorre o sistema de canais e penetra na cavidade cavidade do molde; (↓ a turbulência, ↓erosão do molde e separação de escória) - Evitar a formação de regiões de baixa pressão junto ao fluxo metálico que favoreçam a aspiração de ar ou gases do molde; - Permitir o preenchimento do molde em um tempo previamente estipulado; - Contribuir para o estabelecimento de gradientes térmicos favoráveis à alimentação da peça; - Eliminar ou reduzir ao mínimo os aspectos subjetivos e a dependência em relação as habilidades individuais no momento do vazamento do metal no molde.

SISTEMA DE ENCHIMENTO FATORES QUE Q UE CONDICIONAM CONDI CIONAM A APLICAÇÃO APLICAÇÃO DOS CANAIS

a)Rendimento metálico. b)Espaço na placa. c)Geometria da peça. d)Altura da caixa. e)Dificuldades na moldagem . Nenhum método de cálculo de canais canais resolve por si só o problema de preenchimento de todas as peças fundidas. Fatores citados acima, vão condicionar a aplicação das soluções estudadas exclusivamente do ponto de vista do preenchimento.

SISTEMA DE ENCHIMENTO Metais e Óxidos

Um dos fatores mais importantes a se considerar é a sensibilidade da liga quanto à formação de escória e drosses. Quanto maior a tendência de formação de óxidos, maior deve ser o rigor na aplicação dos princípios de projeto que visam diminuir a turbulência e aspiração no sistema de canais. Quanto ao uso de sistema de separação e retenção de escória, deve-se ter em mente que baseado na flutuação das escórias e sua retenção por adesão à parte superior dos canais só funcionam se houver diferença significativa de densidade entre o metal e os compostos formados .

Alumínio

Densidade g/cm3 2,41

Al2O3

3,96

3Al2O3 . 2SIO2

3,15

Ferro Fundido

6,97

Aço baixo carbono

7,81

Aços com 2% C

6,93

FeO

5,7

Fe2O3

5,24

MnO

5,45

Cr2O3

5,21

SiO2

2,65

SISTEMA DE ENCHIMENTO Os metais líquidos têm propriedades de escoamento muito semelhantes às da água. A propriedade física que traduz essa semelhança é a viscosidade cinética. υ : Líquido

Densidade g/cm3

Temperatura oC

Viscosidade cinemática

Água

1,00

20

0,01

Ferro

6,98

1600

0,0089

Fe- 0,75% C

6,6

1500

0,011

F. F. Cinzento

6,1

1300

0,0045

Alumínio

2,37

700

0,0127

υ

SISTEMA DE ENCHIMENTO Número de Reynolds Adota-se como válida também para os metais líquidos as verificações experimentais, feitas em escoamento de água, que correlacionam o número de Reynolds, Re com turbulência do fluxo, isto é: - O escoamento é lamelar quando o Re é igual ou inferior a 2.000; - O escoamento é inteiramente turbulento quando o Re é superior a 20.000 e - O escoamento tem turbulência confinada quando o Re está entre 2.000 e 20.000. Na prática, não se conseguem escoamentos laminares em fundição de metais. O objetivo é conseguir escoamento com turbulência confinada na maior parte do escoamento ao longo dos canais. O Número de Reynolds, Re , definido pela seguinte expressão: Re = v x DH υ DH = 4 x área da seção transversal _ Onde: v = velocidade do fluxo Perímetro da seção transversal DH = diâmetro hidráulico do canal υ = viscosidade cinemática do líquido ( ~0,01 cm 2/s para os aços).

SISTEMA DE ENCHIMENTO Lei da Continuidade ( Conservação de massa) Em um canal cheio, a quantidade de líquido que passa por qualquer ponto na unidade de tempo é constante, independente de vários locais de velocidade ou área de seção do canal. a vazão Q ao longo de um canal cheio é constante.

Q = v1 x A1 = v2 x A2 = constante Exemplo: Se a velocidade na base de um canal de descida de área igual a 10 cm 2 seja de 200 cm/s; se a área da seção do canal de distribuição for de 20 cm2, a velocidade será reduzida para; V distribuição = 200 x 10 = 100 cm/s 20

SISTEMA DE ENCHIMENTO Lei da conservação de energia ( teorema de Bernoulli) Para um líquido escoando sem atrito, a soma das diversas formas de energia cinética, potencial ou de posição e de pressão – mantém-se constante para uma dada quantidade de líquido que escoa. Entretanto, as perdas não podem ser desprezadas, representando algo entre 30 e 75% da energia potencial, h1, disponível. O cálculo rigoroso das perdas pode-se ser feito aplicando-se a cada trecho do sistema de canais fatores de perda. Em geral introduz-se um coeficiente global de perdas, α, na expressão da vazão, que fica: Q=A. α

2 g h1 = 44,27 . A . α

h1

Relação de canais

α

Pressurizado

0,25 a 0,50

Despressurizado

0,55 a 0,75

Baixos valores de α correspondem a grandes perdas. , α = 0,25 significa que, no escoamento, 75% de energia potencial é perdida.

SISTEMA DE ENCHIMENTO Quando se projeta um sistema de canais, pode-se optar por situar a menor seção do sistema. Pode ser na base do canal de descida ou nos canais de ataque. Considera-se a área total de cada parte do sistema. Por exemplo: se a partir do canal de descida o sistema se dividir em dois canais de distribuição, a área de distribuição será a soma das seções dos dois canais. E assim por diante.

COMPONENTES DO SISTEMA DE ENCHIMENTO Funil Canal de descida Canal de distribuição ou Canal Primário Canal de ataque ou secundário Bacia do canal de descida

SISTEMA DE ENCHIMENTO SISTEMA CONVERGENTE ( Pressurizado) 

Neste tipo de sistema de canais a seção reguladora do fluxo (estrangulamento) de metal líquido se encontra na região do ataque. Neste sistema temos o metal entrando na cavidade do molde com maior velocidade, pois, na região do estrangulamento ocorre aumento da velocidade do fluxo.

SISTEMA DE ENCHIMENTO SISTEMA DIVERGENTE (Despressurizado) No sistema de canais divergente a seção reguladora do fluxo se encontra na base do canal de descida, deste ponto em diante o sistema possui um aumento das áreas transversais dos canais, possibilitando a redução da velocidade do fluxo do metal no sistema. Aços ao carbono, inox, ferro fundido nodular, (deve-se estudar cada caso), pois pode-se usar ambos os sistemas. São ligas que apresentam problemas com relação a oxidação

SISTEMA DE ENCHIMENTO

RELAÇÕES DE ÁREAS DOS CANAIS







As relações de áreas dos canais é representada por três números, como 1 : 4 :4 , 1:0,9:0,5 Sendo: A- o primeiro número representa o módulo da área transversal da base do canal descida. B- o segundo representa o módulo da área transversal do(s) canal(s) de distribuição. C- e o terceiro número representa o módulo da área transversal do(s) canal(s) de ataque.( Σ)

A B C


FUNIL:

Redondo; Causa turbulência

Retangular;

Bacia de Vazamento ○

○

Favorece a manutenção de fluxo regular Facilita reter inclusões

SISTEMA DE ENCHIMENTO CANAL DE DESCIDA


SISTEMA DE ENCHIMENTO 

Canal de distribuição ou Primário: Pressurizado ou Despressurizado

SISTEMA DE ENCHIMENTO FILTRO CERÂMICO


Canais de Ataque ou Secundário


A seção do canal de ataque é determinada em função do peso de metal que irá fluir através desta área

SISTEMA DE ENCHIMENTO Bacia do Canal de Descida




Sistema de Enchimento indicado para fusão de Aços e Alumínio



SISTEMA DE ENCHIMENTO PROJETO DO SISTEMA DE CANAIS -No canal de descida o fluxo é acelerado devido ao efeito da gravidade; -Nos canais de Distribuição e ataque ocorrem mudanças de seções e de direção que promovem turbulências e aspiração de ar; -Ao entrar na cavidade do molde, o fluxo não está mais restrito pelas paredes, tendo seu fluxo definido pelas inércia e pela ação da gravidade.

SISTEMA DE ENCHIMENTO PROBLEMAS DECORRENTES DA TURBULÊNCIA -Aspiração de Ar ( criação de bolhas de ar) -Problemas de exposição de superfícies, com conseqüente criação de óxidos (inclusões);

SISTEMA DE ENCHIMENTO RECOMENDAÇÕES PARA PROJETO DE CANAIS EM LIGAS OXIDÁVEIS. - Canal de Descida cônico;

- Sistema Despressurizado ou Divergente ( 1:2:2 ou 1:4:4); - Bacia no fundo do canal de descida; - Enchimento da peça por baixo ( evitar quedas dentro da cavidade do molde), ou - Canais de distribuição na caixa inferior e canais de ataque na caixa superior. - Filtros auxiliam na redução do fluxo.

SISTEMA DE ENCHIMENTO Algumas teorias falam em relações de 1:1:1, 1:2:1

SISTEMA DE ENCHIMENTO TEMPO DE ENCHIMENTO DO MOLDE São muitas as variáveis em jogo e não existe ainda um critério para a escolha do tempo ideal de enchimento. Uma forma para calcular o tempo de enchimento (t) pode ser calculado (previsto) dividindo-se o volume da cavidade do molde (VCM) a ser preenchido pelo metal, incluído os massalotes, pela área da secção transversal do canal de estrangulamento (A) e velocidade (V) do metal neste local t = VCM A.V Outras fórmulas: t = K . P (s) K coeficiente tabela P = Peso Conjunto E = Menor Espessura

t = tempo de enchimento, (s). VCM = volume da cavidade do molde, (cm3). A = área da secção de choque, (cm2). V = velocidade do metal na secção de choque, (cm/s).

onde: K

t = (1,23 + 0,06E).P (s) E = menor espessura da peça (mm) P = peso (kg)

SISTEMA DE ENCHIMENTO Determinação da Altura efetiva h

h=H

h= H-C 2

h=2Hc-p2 2c

SISTEMA DE ENCHIMENTO DIMENSIONAMENTO DA SEÇÃO DE ESTRANGULAMENTO

A =

P d.V.t

onde: (1) A = área da secção de estrangulamento (cm2) P = peso do conjunto, peça + massalotes (g) d = densidade do metal (g/cm 3) V = velocidade do metal (cm/s) t = tempo de enchimento (s)

SISTEMA DE ENCHIMENTO RESUMO DO DIMENSIONAMENTO DE SISTEMA DE ENCHIMENTO Sistema Despessurizado 1- Escolha do tempo de enchimento ou de vazão; 2- Determinação da altura de vazamento ou altura efetiva; 3- Escolha da relação de canais; 4- Determinação do coeficiente global de perda α; 5- Determinação da velocidade na base do canal de descida 6- Calcular a seção na base do canal de descida A =

P d.V.t

7- Calcular a área no topo do canal de descida

SISTEMA DE ENCHIMENTO 8- Calcula da área do (s) canal de distribuição 9- Calcula da área do (s) canal de ataque; 10- Escolha das formas das seções dos canais de distribuição e de ataque e verificação do Re em cada ponto; se necessário aumentar a área da seção ou alterar as dimensões da seção de modo a diminuir o diâmetro hidráulico D H.

Sistema de Alimentação e Enchimento  







 

Seqüência de Calculo: 1- Dividir a peça em seções e calcular o módulo de cada uma: M=V (cm3) S (cm2) Fórmulas : Volume Para Diâmetro: p.D2. h 4 Volume para Retângulo: A.B.C Fórmulas :Superfície de um Cilindro: p.D2 4 + Perímetro: p.D.h Fórmulas para Superfície Retângulo:2. A.B+2.B.C+2.A.C Descontar superfícies que não resfriam

Sistema de Alimentação e Enchimento ∅250

V= p .D2 . h 4

125

.p

0 2 2

0 0 2

80

Medidas em mm

Sistema de Alimentação e Enchimento Módulo seção 1 M=V S

Módulo seção 2 M=V S Material: Ferro Fundido Nodular Classe: GGG40 Moldagem/ Macharia: Cura a Frio

SISTEMA DE ENCHIMENTO RESUMO DO DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO

Requisito Térmico Mm = k x Mpeça ( ou seção) Mm = 0,8 . Mp LIGA Mm= FC com CE=4,2% e 0,2%P

MOLDE MASSALOTE Areia verde De topo Lateral De topo De topo Rígido Areia Verde Lateral Rígido Lateral Areia verde De topo Areia verde De topo

K 0,30 0,88 1,00 1,09 0,60 0,9 0,8 1,29 1,15

Bronze ao alumínio

Areia verde

De topo

1,12

Bronze ao manganês

Areia verde

De topo

1,14

Geral Massalote com luva

-

-

1,2 0,80 – 0,90

0,6%P FC FE FE Aço baixo C Aço inox

SISTEMA DE ENCHIMENTO D = Mm (1+4p) p

p/ Massalote de Topo

D = Mm (2+4p) p/ Massalote lateral p Onde:

D = Diâmetro do massalote; Mm = módulo do massalote; p = relação altura x diâmetro ( 1; 1,5; 2; 2,5)

H = p.D Diâmetro pelo Requisito térmico = Altura do Massalote=


REQUISITO VOLUMÉTRICO Vm = b . V (η – b)

Vm = Volume do massalote V = Volume total da peça (gr) b =Coeficiente de segurança η = rendimento do massalote

14% massalote cilíndrico, 20% massalote esférico e 67% p/ luva exotérmicas 

Diâmetro do Massalote 3 Vm . 4 D=

H = p.D p= 1, 1,5 , 2, 2,5

π.p

LIGA Bronze comum Latão comum Latão alta resistência Ligas de Mg Ligas de AlSi10 a 13 Ligas de AlSi5 a 10 Ligas AlCu4 a 8 Ligas de AlMg3 a 6 Aço C 0,3% Aço C 0,8% Ferro Fund. Cinzento Ferro Fund. Nodular Ferro fund. Branco CE=3%

SUPERAQUECIMENTO 500c 1500c 0,04 0,045 0,06 0,065 0,07 0,075 0,05 p/ compensar 0,06 (40% 0,045 0,05 0,075 0,08 0,075 0,08 0,08 0,09 0,05 0,06 0,06 0,07 0,05 0,06 0,06 0,09 0,04 0,06


CALCULO DO PESCOÇO

Para algumas ligas o módulo de resfriamento do pescoço é o módulo médio entre massalote e parte a ser alimentada, ou seja:

Mm > Mn > M Mn = Mm + M 2

Mn = f.M (para ferros fundidos cinzentos e nodulares) sendo: Mn = módulo do pescoço f = fator entre 0,5 a 0,65 M = módulo da peça ou secção da peça

SISTEMA DE ENCHIMENTO Recomenda-se para efeito de cálculo que o pescoço seja um cubo, com comprimento, espessura e largura = a.

a = 4Mn

Sistema de Alimentação e Enchimento

Tempo de Enchimento t = (1,23 + 0,06E). P (s) E = menor espessura da peça (mm) P = peso (kg)



Velocidade de Enchimento

Sistema de Alimentação e Enchimento onde: (1) A =

P d.V.t

A = área da secção de estrangulamento (cm2) P = peso do conjunto, peça + massalotes (g) d = densidade do metal (g/cm 3) V = velocidade do metal (cm/s) t = tempo de enchimento (s) α= coeficiente de perda

g= gravidade da liga H= Altura efetiva

Relação de canais

α

Pressurizado

0,25 a 0,50

Despressurizado

0,55 a 0,75

Conclusão: Novidades???? Esclarecimento em alguns pontos;

Sistema de Enchimento

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