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Aula 09- Projetos_02: Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição
1. IntroduçãoAspectos básicos a serem considerados.Problemas Relacionados com o Projeto de Peças Fundidas.
2. Regras Básicas para o Projeto de Peças Fundidas
Disciplina: Projeto de FerramentaisProfessor: Guilherme O. Verran
3. Comportamento Térmico – contração e tensões residuais
Objetivo:
Produzir peças fundidas visando a combinação dos seguintes fatores:
• Elevada Qualidade
• Baixo Custo
• Produção e entrega no menor Prazopossível
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
1. Introdução
Projetos de peças adaptadas ao processo de fundição
Aspectos básicos a serem considerados:
• Solicitações (tensões) às quais a peça estará sujeita.
• Performance necessária.
• Tipo de material mais adequado para a fabricação da peça.
• Processo de fundição mais simples e funcional para obtenção da peça.
Projetista de fundição deve conhecer:
• Materiais utilizados em fundição e suas características, aplicações e propriedades.
• Processos de Fabricação.
1. Introdução
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Principais pontos a serem considerados antes de iniciar um projeto de fundição:
• Composição química do metal
• Características mecânicas
• Ensaios não destrutivos
• Formato e tolerâncias dimensionais (sobremetal, precisão e variações dimensionais)
• Características superficiais (rugosidade)
• Tratamentos Térmicos
• Testes Hidráulicos
• Padrões de Recuperação
• Referência para Usinagem
• Montagem
Projeto de peças fundidas
1. Introdução
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Detalhes de forma em peças fundidas.
Angulos de Saída:
• Orientados em função da linha de apartação (linha divisória do molde.
• Facilitam a extração do modelo evitando o rompimento do molde
Arredondamentos:
• Evitam concentrações de tensões.
• Reduzem a tendência à formação de pontos quentes.
Projeto de peças fundidas
1. Introdução
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Modelo
Molde
Utilização de ângulos de saída facilitando a extração do modelo sem danificar o molde.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Linha da apartação irregular
Linha da apartação reta
Utilização de uma linha da apartação reta reduzindo custos na modelação e a na peça final
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
2. 10 Regras Básicas para Projetar Peças Fundidas
⇓⇓⇓⇓
Os “10 Mandamentos” do Projetista de Fundição
Alguns aspectos a serem considerados:
• Contrações no estado líquido,na solidificação e no estado sólido.
• Tensões decorrentes da solidificação e do resfriamento.• Aspectos dimensionais e de geometria das peças.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
01. “COMPENSAR OU ATENUAR OS EFEITOS DA CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO”.
RechupeSolidificação
Dirigida
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Exemplo de otimização no projeto de uma peça fundida.
Junção com concentração de massa
Projeto Melhorado através da redução de massa na junção
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.
Exemplos de adequação de uma variação de seção aos requisitos de projeto de peças fundidas
Projeto incorreto
Projeto adequado
Projeto inadequado
Projeto melhorado
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.
“Substituir ângulos e cantos vivos por raios de concordância”
Projetos inadequados que resultam em fragilidade
estrutural localizada e/ou rechupe.
Projetos otimizados de forma a assegurar maiores resistência e sanidade nos fundidos
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.
Seção em T com problemas de projeto e correspondentes
defeitos
Ponto Quente e Concentração de
Tensões
Projeto melhorado removendo o ponto quente e a
concentração de tensões
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
02.02 . “EVITAR CANTOS VIVOS E VARIAÇÕES ABRUPTAS DE SEÇÃO”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
O uso de arredondamentos, raios de concordância e nervuras apresentam três objetivos sob o aspecto funcional:
a) reduzir concentrações de tensões na peça em serviço.
b) eliminar a ocorrência de trincas e de afundamentos superficiais em ângulos reentrantes.
c) tornar os cantos vivos mais fáceis de serem moldados e eliminar os pontos quentes .
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Projeto inadequado
Concentração de tensões e
Fragilidade Estrutural
Utilização de Raio de Concordância
Projeto otimizado
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Raio de concordância pequeno ocasiona
aumento da seção na junção
Projeto adequado devido ao uso de um grande raio de concordância
Rechupe e/ou Fragilidade Localizada
Sob a ponto de vista de fundição o
raio de concordância não deve ultrapassar a espessura sobre 2
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
03. “ELIMINAR TODOS OS CANTOS VIVOS”
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Um bom projeto de fundido deve evitar o encontro de várias seções numa junção, pois isto necessariamente deve gerar a formação de pontos quentes.
ts = 3min
ts = 3mints = 5min
ts = 7 min ts = 9 min
Aumento no número de seções na junção
⇒⇒⇒⇒Aumento no tempo local de solidificação
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Projeto de peças fundidas
04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Alternância de junções para otimização do projeto
Projeto inadequado devido a existência de junções entre várias seções
Projeto Otimizado apresentando redução do número de seções nas junções.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
04. “REDUZIR O NÚMERO DE SEÇÕES QUE SE ENCONTRAM PARA FORMAR AS JUNÇÕES”.
Exemplos de projetos que evitam junções com pontos quentes
Uso de machos para confecção de um furo e conseqüente
redução de massa na junção de várias seções.
Projeto otimizado através da utilização de umajunção tipo anel.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Variações nas taxas de resfriamento nas diferentes seções das peças .
Surgimento de tensões⇒⇒⇒⇒
Meios para reduzir ou prevenir tensões em peças fundidas:
• Evitar variações bruscas de forma• Evitar ângulos reentrantes• Evitar multiplicidade de machos • Evitar grandes diferenças entre seções• Recozimento para alívio de tensões
Variações na direção de contração
⇒⇒⇒⇒
⇒⇒⇒⇒Expandem sob o efeito do calor e restringem a contração livre
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Efeito do design na distorção de fundidos: (a) vista superior de uma peça mostrando duas seções que solidificam em tempos muito distintos, (b) distorção causada pela tensionamento durante a solidificação
Tensões geradas
Projeto de peças fundidas
5. “EVITAR TENSIONAMENTO DA PEÇA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
The sand casting shown in figure X was made without difficulty with regard to soundnessor filling of the thin sections. Significant distortion was encountered, however, when thecasting cooled in the sand and was restrained by the relatively solid mass of sandbetween the flanges. This unyielding mass caused the two vertical flanges to be bentoutward as the bottom plate cooled and contracted.
Two options in design are shown in Fig. X(b) and X(c) , with the preferred method incorporating the tie bar. A third choice for a solution would not involve a change in thecasting itself but rather a changein the sand mold. It has been found that the sand massbetween the two flanges can be relieved so that it will yield under the shrinkage stresses. This is accomplished by adding a block to the pattern so that a hollow relief cavity is formed between the flanges (Fig. Xd). This practice reduces the effective compressivestrength of the molding media between the flanges and allows the sand mass to collapseduring shrinkage of the casting, thus minimizing the imposed restraint.
Exemplo de alteração no projeto para evitar distorção em peça fundida em moldes de areia
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Figure X - Preventing distortion in a casting caused by mold restraint. The original design, shown in top and front views in (a), was altered to three possible preventative designs, as follows. (b) Preferred method incorporating a tie bar. (c) Less effective method than that shown in (b). (d) Open cavity created in the molding media to relieve restraint upon flanges during casting solidification by allowingsolid sand mass to collapse during shrinkage and minimize restraint. Dimensions given in inches.
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6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”
Bomba Hidráulica
(a) Design Inadequado (b) Design Otimizado
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
6. “PROJETE TODAS AS SEÇÕES COM UNIFORMIDADE DE ESPESSURA NA MEDIDA DO POSSÍVEL”
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
7.“MANTER UMA CERTA PROPORCIONALIDADE DIMENSIONAL ENTRE AS PAREDES INTERNAS E EXTERNAS”
Projeto inadequado,apresenta seções
internas maiores que as externas
Projeto melhorado, com seções praticamente
uniformes
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Ponto Quente
Projeto incorreto, ressalto causa um ponto quente,
Projeto otimizado reduzindo espessura na zona do ressalto e
eliminando o ponto quente.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
8. “SALIÊNCIAS, RESSALTOS, ASAS, ... NÃO DEVEM SER UTILIZADOS A MENOS QUE SEJA ABSOLUTAMENTE NECESSÁRIO”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
As nervuras apresentam duas funções
• aumentar a rigidez da peça fundida.
• reduzir o peso e concentrações de massa.
Fundamento da Engenharia de Projetos
Dimensionamento e o espaçamento correto entre nervuras.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Dimensionar as nervuras com maior altura (profundidade) do que largura.
Nervuras em Compressão
Apresentam maior fator de segurança do que nervuras em tração
⇓
⇓
Princípios/Regras para o Dimensionamento de Nervura s
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Projeto incorreto causando
ponto quente e fragilidade estrutural
Projeto melhorado, evita ângulos vivos mas apresenta uma junção de quatro seções
Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Projeto mais adequado , apresenta junção de apenas duas seções
Projeto ótimo (formato de favo de mel →→→→ honeycomb)
propicia condições de resfriamento mais uniforme
Projeto de peças fundidas
9. “PROJETE OS FUNDIDOS USANDO NERVURAS E REFORÇOS PARA A OBTENÇÃO DE EFICIÊNCIA MÁXIMA”.
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
10. “CONSIDERAR CONTRAÇÃO NO ESTADO SÓLIDO E SOBREMETAL DE USINAGEM NAS TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS”.
• Regra muito aplicada : as tolerâncias dimensionais devem ser aproximadamente a metade da máxima contração esti mada para o tipo de metal ou liga envolvida.
• Esta regra não se aplica para peças de grande porte, né m para as de projeto complexo.
• As contrações no estado sólido são conhecidas e tabeladas para a maioria das ligas usadas em fundição .
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Tolerâncias para Usinagem Final dependem de:
(a) tipo de metal usado.
(b) projeto e tamanho da peça.
(c) tendência ao empenamento e método de usinagem.
Na medida do possível, a peça fundida deve ser projetada de tal forma que as superfícies a serem usi nadas possam ser localizadas na parte inferior do molde.
Quando não é possível evitar peças com superfícies na parte superior, deve providenciar um sobremetal de usinagemadicional.
Projeto de peças fundidasDisciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
Disciplina: Projeto de Ferramentais IProfessor: Guilherme O. Verran Projeto de peças fundidas
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