1) O documento descreve as etapas básicas do processo de fundição por areia, incluindo a preparação do molde e vazamento do metal. 2) Inclui também informações sobre os diferentes tipos de modelos usados no processo de fundição e seus respectivos materiais e características. 3) Finalmente, discute inovações recentes no setor de fundição, como a prototipagem rápida e softwares de simulação do processo.

1. Capítulo 4
Etapas Básicas da Fundição por Areia
A fundição em areia é a mais usada, não só na produção de peças de aço e ferro
fundido, porque os moldes de areia são os que suportam melhor as altas temperaturas de
fusão desses dois metais, mas também para a produção de peças de ligas de alumínio,
latão, bronze e magnésio.
O processo em areia, particularmente a moldagem em areia verde é o mais
simples e mais usado nas empresas do ramo. A preparação do molde, neste caso,
consiste em compactar mecânica ou manualmente uma mistura refratária plástica
chamada areia de fundição, sobre um modelo montado em uma caixa de moldar.
Processo Básico de Fundição:
Esse processo segue as seguintes etapas:
• A caixa de moldar é colocada sobre uma placa de madeira ou no chão. O modelo,
coberto com talco ou grafite para evitar aderência da areia, é então colocado no fundo
da caixa. A areia é compactada sobre o modelo manualmente ou com o auxílio de
marteletes pneumáticos.

2. • Essa caixa, chamada de caixa
caixa-fundo, é virada de modo que o modelo fique para cima.
o
• Outra caixa de moldar, chamada de caixa tampa, é então posta sobre a primeira caixa.
caixa-tampa,
Em seu interior são colocados o massalote e o canal de descida. Enche a caixa com
Enche-se
areia que é socada até que a caixa fique completamente cheia.
• O canal de descida e o massalote são retirados e as caixas são separadas.
• Abre-se o copo de vazamento na caixa
se caixa-tampa.
·
• Abre-se o canal de distribuição e canal de entrada na caixa fundo e retira o modelo.
caixa-fundo retira-se

3. • Coloca-se a caixa de cima sobre a caixa de baixo. Para prender uma na outra, usam
se usam-se
presilhas ou grampos.
• Depois disso, o metal é vazado e após a solidificação e o resfriamento, a peça é
desmoldada, com o canal e o massalote retirados. Obtém se, assim, a peça fundida, que
Obtém-se,
depois é limpa e rebarbada.
A seqüência da preparação do molde que descrevemos é manual. Nos casos de
produção de grandes quantidades, usa se o processo mecanizado com a ajuda de
usa-se
máquinas de moldar conhecidas como automáticas ou semi automáticas que permitem a
semi-automáticas
produção maciça de moldes em reduzido intervalo de tempo.
Desenho de Modelos:
Para a fabricação de peças fundidas é necessário a utilização do MODELO que
ara MODELO,
é a cópia fiel da peça a ser fundida Sua confecção deverá ser a partir de um projeto de
fundida.
seu respectivo desenho técnico
técnico.
O modelo terá seu formato modelado por areias de fundição adequadas a fim de
se obter um molde da peça a ser fabricada e deverá ainda prever em suas dimensões a
contração volumétrica do metal, isto é, a compensação em termos de volume já que o
volume,
aço irá contrair à medida que for solidificando Medidas excedentes n modelo são
solidificando. edidas no

4. usadas para a formação do sobre-metal, uma adição extra de metal que após a
solidificação será usinada na peça final para um melhor acabamento superficial.
O modelo deverá ter um ângulo de saída para que este não fique “preso” no
molde com cerca de 2º a 4º graus de ângulo de abertura, não sendo aceitos modelos com
90º ou menos. Caso esteja fora desse padrão haverá contra saída, ou seja, a
impossibilidade de retirada do modelo do molde.
Características de um modelo usado em fundição
A caracteristica do modelo a ser usado no processo de fundição depende da peça
e do processo em que será fabricada, por exemplo o tamanho da peça (se é de alta ou
baixa produção, peça única, peça de grande porte etc.), e assim pode-se determinar o
tipo de material do qual o modelo será construído,
Os modelos deverão ainda ser pintados para que se possa identificar o material
do qual a peça será fabricada e melhorar o acabamento. Exemplos: Azul-aço, vermelho-
ferro fundido, preto-marcações para machos, amarelo-área a ser usinada ou bronze,
amarelo e preto-reforço estrutural ou falsa nervura.
Classificação dos modelos
Os modelos podem ser classificados quanto a sua forma construtiva:
* Manuais, emplacados ou caixa-placa.
Manuais: Não fixados em uma placa, manualmente consegue-se acessar todas as
suas partes. Podem ser bi-partidos ou não, ter macho ou não, e se houverem detalhes
internos poderão ter marcações para machos. É mais trabalhoso o uso desse tipo de
modelo porque podem ocorrer falhas na hora da moldagem, já que esse modelo é solto,
não emplacado. Podem ser usados para fabricação de peças de diferentes tamanhos, ter
alto grau de complexidade quanto a geometria da peça ou não e podem ser
confeccionadas por diferentes tipos de materiais.

5. Figura 4.1. Modelos Manuais.
Emplacados: Nos modelos emplacados, a figura da peça está fixada em uma
placa e esta poderá conter mais de uma figura e ser rebaixada assegurando um ótimo
encaixe na hora do fechamento do molde, garantindo o encaixe entre tampa e fundo.
São usados para fabricação de peças em série, uma vez que podem haver vários
modelos fixados em sua placa.
Figura 4.2. Modelos Emplacados.
Modelos caixa-placa: Contêm todas as características dos modelos emplacados,
além de serem rebaixados e terem uma moldura nas bordas da caixa, fazendo o papel de
uma caixa de moldagem. São mais vantajosos devido a esse fato, uma vez que não há a
necessidade de moldar em caixa de moldagem.

6. Figura 4.3. Modelos Caixa-placa.
Materiais para Fabricação de Modelos
O mercado oferece vários tipos de materiais para modelos, cada um com suas
características, suas vantagens e desvantagens.
Modelo em cera: usado para fabricação de peças pequenas, com superfície muito
fina e modelagem delicadas, como jóias. Possui custo elevado, tem a vantagem de não
necessitar de macho e baixa necessidade de usinagem. Sua fabricação é feita da
seguinte forma: a cera é pressionada em uma matriz que confere forma do modelo; a
cera é então colocada em um canal, formando o cacho ou árvore; essa é revestida com
uma lama cerâmica; são realizados diversos banhos nessa mistura para que o molde
ganhe resistência mecânica; a cera é removida e o molde estará pronto para receber o
metal liquido.
Figura 4.4. Modelo em cera.
Modelo em madeira: Modelo mais usado no processo de fundição, por sua
facilidade de produção e custo médio. Pode ser confeccionado em diferentes tamanhos.
Também é um dos mais eficientes, já que possui boa resistência mecânica, porém possui

7. a desvantagem de não possuir bom acabamento e ser atacado pela ação do tempo, calor
e umidade, necessitando ser armazenado de forma cuidadosa para prolongar sua vida de
utilização. Sua fabricação é artesanal: a partir do desenho da peça os modeladores
fabricam os modelos esculpindo, cortando, lixando, pregando a madeira até que o
modelo final seja obtido.
Figura 4.5. Modelo em madeira em fases intermediária e final de construção.
Figura 4.6. Outros modelos em madeira (Modelos de médio e grande porte).

8. Modelo em isopor: É utilizado para fabricação de peça única. Sua vantagem é
que não necessita ser desmoldado, já que o aço líquido irá consumir esse modelo
durante o processo de fundição. Possui baixo custo e é fácil de ser transportado. Seu
acabamento é deficiente, mas sua principal desvantagem é devido a sua baixa
resistência mecânica. A fabricação do modelo em isopor é feita através de moldes onde
o isopor (poliestireno) é fundido, obtendo-se o modelo da peça.
Figura 4.7. Modelo em isopor.
Modelo em resina: Usado para fabricação de peças de média a grande escala.
Possui alta durabilidade e resistência, bom acabamento e pode ser fixado em placas,
assim como os modelos em madeira. A desvantagem é seu alto custo. Seu processo de
fabricação é semelhante ao do isopor: a resina é fundida em moldes e após a
solidificação obtém-se o modelo da peça desejada.
Figura 4.8. Modelo em resina.
Modelos metálicos: São usados para fabricação de peças em série de alta
produção. Possuem excelente resistência mecânica, durabilidade e bom acabamento. As
desvantagens são o alto custo de confecção e dificuldade de transporte, já que o metal é

9. o mais pesado entre os materiais usados na confecção de modelos. São fabricados a
partir de moldes em que o aço é fundido e o modelo é obtido no final do processo
Figura 4.9. Modelos metálicos.
Inovações no setor de fundição
Devido à alta competitividade e o crescimento do setor de fundição, as empresas
especializadas em fundição e confecção de modelos investem em pesquisa para
desenvolverem produtos e máquinas que atendam o mercado com qualidade,
durabilidade e rapidez. Com isso são introduzidas formas de confecção de modelo mais
modernas. Em casos como os modelos de resina, por exemplo, materiais mais
resistentes como a resina “CIBA”, considerada de alta qualidade foram desenvolvidas
para serem mais duráveis e de rápida solidificação.
A prototipagem rápida é uma tecnologia para construir modelos e protótipos
tridimensionais físicos moderna, utilizando como referência a matemática de sistemas
de desenho, auxiliados por computador (CAD), que constroem protótipos através da
superposição de camadas milimétricas de matérias-primas diversas (no caso específico
do equipamento Modelmaker II é utilizada a cera de fundição).
Uma característica comum aos Processos de Prototipagem Rápida é o fato de
que o protótipo é formado não pela remoção de material (cutting processes) como nas
fresadoras de alta velocidade, mas pela adição de matéria-prima.
O processo necessita, obrigatriamente, de ser iniciado a partir de um arquivo
virtual modelado tridimensionalmente ou proveniente de escaneamento tridimensional
de modelo pré-existente, o qual é transferido para um software de gerenciamento do

10. equipamento de prototipagem, que fará o fatiamento, calculando o tempo necessário e a
matéria-prima a ser utilizada na montagem dos valores relativos a cada protótipo.
Os desenhos realizados à mão (ilustrações, sketches, renderings e vistas
ortográficas), depois de aprovados, também podem ser transferidos para o meio virtual,
pois os softwares possuem banco de dados relativo às perdas, materiais metálicos e
texturas diversas, que facilitam a transposição de imagem. É importante ressaltar o fato
de que a plena utilização dos programas de modelagem depende do aprendizado
individual do usuário.
A liberdade no processo de criação, que ocorre no desenho à mão livre, pode ser
complementada ao ser transferida para o meio virtual, onde podem ser geradas
informações precisas, ligadas ao dimensionamento (espessuras, peso, concavidades,
convexidades, etc), possibilitando assim, a apresentação rápida de alternativas
(alterações de cor, superfícies, texturas, elementos decorativos, etc) e de imagens
fotorrealistas, com renderizações, (estas possibilidades dependem dos softwares
utilizados e das capacidade computacional instalada), que funcionam como ferramentas
auxiliares no processo de criação, pois permitem a visualização tridimensional (rotação)
e o dimensionamento parametrizado (construção com dados matemáticos) do objeto.
Figura 4.10. Exemplos de materiais obtidos com a prototipagem rápida.

11. Outra novidade são programas de computador que simulam todo o processo de
fundição a ser realizado. Entre eles se destaca o Virtual Aluminum Castings (VAC). É
um conjunto de módulos computacionais desenvolvidos pelo Laboratório de Pesquisas e
Engenharia Avançada da Ford Motor Company, nos Estados Unidos, em colaboração
com diversas universidades ao redor do globo. Esta ferramenta revolucionária integra o
projeto do componente e a seleção dos processos de fabricação em um sistema de
análise virtual, visando a otimização simultânea das propriedades do material, dos
processos de fundição e do tratamento térmico, assim como da geometria do
componente durante as primeiras fases de desenvolvimento do produto.
O VAC foi especialmente concebido para o desenvolvimento de cabeçotes e
blocos de motores fabricados em ligas de alumínio fundido. É baseado em modelos
avançados de materiais que fazem a ligação entre os principais fatores que afetam as
propriedades finais, desde a escala atômica e nanoestrutural até a escala do componente
propriamente dito. A partir da utilização do VAC, blocos e cabeçotes “virtuais” podem
ser concebidos, fabricados, submetidos a tratamentos térmicos, e ter a durabilidade à
fadiga avaliada em um computador, muito antes que estes componentes sejam de fato
fabricados. O VAC foi adotado e implementado com sucesso pela Ford Powertrain nos
Estados Unidos, reduzindo significativamente o custo, o tempo de desenvolvimento e o
peso final dos motores Ford.
Desenho de Caixas para Macho
Se uma peça possuir detalhes internos como cavidades, por exemplo, deverá ser
usado um macho. Os machos são utilizados para preencher cavidades ou passagens da
peça e são colocados no molde antes do vazamento do metal líquido.
Os machos, assim como os moldes, devem apresentar certa resistência,
permeabilidade e devem ser quebradiços para poderem ser retirados com facilidade.
Para se obter essas características, os machos são confeccionados a base de areia e
aglomerados.
Fabricação de caixas de macho: O corpo é moldado em areia e colocado numa
posição estratégica no molde para que a peça seja produzida com perfeição. Poderá ser
usado ainda a marcação para macho em um local especifico no molde onde este será

12. apoiado. O desenho de caixas para macho em molde em areia pode ser visualizado na
figura abaixo.
Figura 4.11. Caixas para machos.
Características das Areias de Fundição
Areia de Moldagem é um sistema heterogêneo constituído essencialmente de um
elemento granular refratário (normalmente areia silicosa), um - ou mais - aglomerantes
e um plastificante (água). Alternativamente a água pode ser suprimida se o aglomerante
utilizado for líquido.
A areia de moldagem deve apresentar elevada refratariedade, boa resistência
mecânica, permeabilidade adequada e plasticidade (ou moldabilidade). Já da areia
destinada à fabricação de machos espera-se, além dos requisitos exigidos para a areia de
moldagem, boa colapsibilidade, definida como a perda de resistência da areia após o
início da solidificação da peça.
Classificação
♦ quanto à origem: natural; semi-sintética ou sintética. Apesar de já estar
"pronta" a areia natural tem sido pouco utilizada dada as suas baixas propriedades.
♦ quanto ao uso: nova ou reciclada. Fundição de areia-verde que trabalhe
basicamente com areia usada (reciclada) utiliza cerca de 10% de areia nova para
recompor as perdas durante a reciclagem e manter as propriedades da areia estáveis. Na
areia reciclada são adicionadas também pequenas quantidades de aglomerantes e água.
♦ quanto ao emprego: areia de moldagem (faceamento ou enchimento) e areia de
macho.
♦ quanto ao estado de umidade: úmida (verde) ou seca (estufada).

13. Componentes
Areia-base:
A areia-base é uma areia refratária, normalmente silicosa, sendo que se for
originária de areia de praia deve ser lavada previamente para retirada dos sais. A
composição química da areia-base afeta a dilatação térmica da areia, a reatividade com
o metal fundido, mas, principalmente, a refratariedade do molde. Essa última
propriedade é particularmente importante na fundição de aço.
A granulometria da areia-base afeta a permeabilidade da areia e a penetração
metálica. Considerando que a distribuição dos grãos seja relativamente estreita, quanto
maior for o diâmetro desses mais permeável será a areia (isso é bom pois facilita o
escoamento dos gases) porém maior será a penetração metálica, implicando num
acabamento "pobre".
Assim, existe um compromisso entre estes dois aspectos e a decisão dependerá
do metal em questão: ligas de alumínio e magnésio são extremamente fluídas sendo
necessário se utilizar areias finas para minimizar a penetração metálica. Já ferrosos
tendem a gerar gases, optando-se por areias mais grossas, ou seja, mais permeáveis.
O formato dos grãos de areia podem variar de redondos a angulares, passando
pelos semi-angulares. Não há um consenso quanto a geometria ideal para os grãos, com
uma leve tendência de preferência para os grãos angulares que promovem uma melhor
amarração dos moldes, ou seja, um molde mais denso e menos permeável.
Aglomerantes:
São materiais que envolvendo e ligando entre si os grãos conferem à areia, após
compactação, secagem ou reação química, as características necessárias ao processo de
moldagem, isto é, resistência às solicitações dinâmicas, estáticas e térmicas provocadas
pelo metal fundido. Para um dado aglomerante, com o aumento do seu teor aumenta a
resistência e a dureza da areia e diminui a permeabilidade. Os aglomerantes se
subdividem em aglomerantes inorgânicos, orgânicos e sintéticos.
♦ aglomerantes inorgânicos: a resistência é atingida através da socagem, sendo
que essas substâncias tendem a sinterizar quando em contato com o metal fundido, o

14. que dificulta a desmoldagem. São eles: argila; bentonita - que é um tipo de argila com
maior poder aglomerante - e cimento. Argila e/ou bentonita são os aglomerantes
clássicos das areias verdes recicláveis, enquanto que o cimento - devido à baixíssima
colapsibilidade - praticamente não é mais utilizado.
♦ aglomerantes orgânicos: a resistência é atingida através de uma leve socagem
seguida de uma secagem do molde ou macho - já prontos - em estufa, sendo que a
resistência final pode ser superior à alcançada com aglomerantes inorgânicos. Como
vantagem adicional apresenta também boa colapsibilidade. Com o advento das resinas
os aglomerantes orgânicos naturais cairam em desuso. Exemplos: acúcares; melaço de
cana; amido de milho (maizena); óleos; etc.
♦ aglomerantes sintéticos: Existem basicamente duas classes de resinas: as
termoendurecíveis (polimerizam pela ação do calor) e as autoendurecíveis (ou de cura a
frio). A utilização de resinas como aglomerante cresce dia a dia, pois conferem
excelente resistência aliada a uma boa colapsibilidade e capacidade de se fabricar seções
finas, compensando o elevado custo desse insumo. Assim, os fundidores dispõem hoje
de uma enorme gama de resinas e catalisadores para os mais diversos fins. Um desafio
que persiste é a redução da toxidez dessas substâncias.
Areias Não-Silicosas, Aditivos e Tintas
Areias Não-silicosas:
A opção por uma areia-base não-silicosa parte da constatação de que a areia
silicosa apresenta - quando comparada com outras composições - inúmeras
desvantagens como elevada expansão volumétrica e elevada reatividade com o metal
fundido. Entretanto, pelo menos em países como o Brasil - com imensas reservas de
areia silicosa e grande litoral - fica mais barato se contornar os problemas advindos da
utilização de areia silicosa do que substitui-la. Das areias não-silicosas podemos citar a
zirconita, que seria a areia ideal em termos de propriedades, não fosse pelo alto custo, e
a de cromita que apresenta maior capacidade de extração de calor do que a areia
comum. Devido a essa característica, algumas vezes, a areia de cromita é empregada
como areia de faceamento, quando se pretende acelerar a solidificação.

15. Existem duas formas - não-excludentes - de se minimizar os defeitos decorrentes
da utilização de areia silicosa: através do emprego de aditivos e pela pintura de moldes e
machos.
Aditivos:
São substâncias que misturadas à areia de moldagem, em teores inferiores a 1%,
modificam suas propriedades, minimizando certos tipos de defeitos.
Exemplo 1: A areia silicosa se expande quando exposta a temperaturas da ordem
de 500°C - o que pode dar origem a defeitos de expansão. Assim, um aditivo que
pretenda minimizar este defeito deve ser queimado para deixar espaço para a expansão
da areia. Para este fim pode-se adicionar à areia serragem, pó de madeira ou qualquer
outro componente orgânico.
Exemplo 2: A areia silicosa é muito reativa com o metal fundido, em especial
com o ferro fundido, comprometendo o acabamento da peça. A reação metal-areia se dá
a partir da reação do óxido metálico com a sílica. Assim, um aditivo que gere atmosfera
redutora minimiza a oxidação do metal, melhorando o acabamento do fundido. Para tal
costuma-se adicionar à areia de ferrosos pó ou moinha de carvão (Carvão Cardiff),
conferindo à areia a cor preta característica. Para ligas de magnésio, adiciona-se pó de
enxofre à areia.
Tintas:
A principal função de uma tinta é a criação de uma camada intermediária entre
areia e metal, visando conferir um bom acabamento ao molde ou macho e, por
conseguinte, à peça. A tinta é constituída de uma substância refratária (grafite ou
zirconita), uma substância aglomerante (bentonita, por ex.) e um solvente (água ou
álcool). A pintura pode ser feita por pincel, pistola ou imersão, sendo imprescindível
que a camada aplicada seja fina e que o solvente seja totalmente evaporado por ocasião
da queima da tinta, evitando que a tinta seja mais uma fonte de defeito na peça fundida.