A função destes elementos é facilitar a entrada do metal liquido no canal de descida do molde. I – Funil: obtido por perfuração “cônica” no próprio molde (para moldes pequenos).
O funil de seção circular facilita a formação de turbilhões e a entrada de bolhas no molde. O funil de seção quadrada é preferível pois evita a formação de turbilhões e a projeção de metal para fora do funil (observação empírica). O jato deve ser projetado sobre o meio de uma das faces planas do funil.
II – Copo: obtido separadamente do molde e colocado sobre o canal de descida (utilizada nos moldes de médio porte).
III – Bacia de vazamento: obtida separadamente do molde e colocada sobre o canal de descida (utilizada nos moldes de grande porte, pois o jato de metal líquido e mais potente).
O formato da bacia deve ser retangular, com comprimento sensivelmente maior que a largura, de tal forma que o ponto de vazamento do metal seja bastante distante da entrada do canal de descida.
A bacia deve ser mantida cheia, pelo menos até o nível calculado, com o intuito de evitar a formação de turbulência do metal liquido no canal de descida. Uma altura adequada do nível de metal fundido também possibilita a retenção das escórias que flutuam na superfície do metal.
Em alguns casos (quando se movimenta e/ou báscula) pode-se utilizar válvula, dentro da bacia de vazamento, para bloquear a entrada de metal fundido no canal de descida. Esta válvula só é aberta quando o nível adequado de metal dentro da bacia é atingido.
Quando o vazamento é realizado em uma bacia sem válvula deve-se seguir as seguintes recomendações:
a) Manter o nível de metal fundido elevado para evitar a formação de turbilhões no canal de descida.
b) Sempre vazam o metal do lado oposto do canal de descida para evitar a entrada de bolhas e escória.
c) Sempre que possível utilizar bacias separadas quando o molde exigir mais de um canal de descida.
Nota: para todos os tipos de elementos desta seção deve-se tomar o devido cuidado no momento do vazamento do metal. O bico do cadinho deve estar próximo de funil, copo ou bacia para evitar a produção de turbilhões e o vazamento (ou respingo) de metal para fora do molde, ou de gotas “frias” dentro do molde.
b) Canal de descida: o canal de descida alem de permitir a passagem de metal fundido, deve diminuir
a formação de turbilhões durante a descida do metal. A altura do canal de descida deve ser suficiente para que todo o molde seja de descida do metal.
A altura do canal de descida deve ser suficiente para que todo o molde seja preenchido com metal líquido. Os canais de seção circular apresentam menores perdas de calor e de carga porem apresentam maior tendência á formação de turbilhões do que os canais de seções quadradas ou retangulares.
Um dos problemas observados no escoamento do metal pelo canal de descida é o descolamento do fluxo de metal das paredes do canal de descida, isto provoca a entrada de ar no meio do escoamento. Experimentalmente observou-se que o desligamento pode ocorrer mais freqüentemente na junção da bacia de vazamento (funil ou copo) com o canal de descida, pode-se resumir esta observação em dois casos.
- Junção com canto vivo => ar é aspirado lateralmente, provocando o desligamento entre o metal e a parede do canal de descida.
- Junção com raio de arredondamento => metal fundido preenche completamente o canal de descida (metal sai pelo canal lateral).
Nota: preferencialmente, para canais de descida com mais de 200mm de altura, utiliza-se um forma convergente na parte superior do canal para evitar o desligamento no fluxo de metal.
Se h < 200mm o canal pode ser cilíndrico, com forma convergente ou não.
No pé do canal de descida ocorre a velocidade máxima do metal líquido e uma mudança brusca de direção. Se o canal de descida for colocado diretamente sobre o canal de distribuição, ocorrerá à formação de intensos turbilhões que provocam arraste de ar e areia para dentro do molde.
Por meio de estudos experimentais observou-se que a presença de cantos vivos na parte superior do pé do canto de descida o que facilita a formação de turbilhões e conseqüentemente a entrada a entrada de ar juntamente com o fluxo de metal líquido.
Nota: uma alteração abrupta na direção do fluxo de metal fundido gera um movimento helicoidal desordenado neste fluxo (turbilhões). Quando os turbilhões começam no pé do canal de descida d fluxo de metal não se distribui igualmente entre canais de ataque, quando se utiliza apenas um pé de canal de descida, deve-se utilizar a seguinte configuração:
Quando se utiliza mais de um pé de canal de descida (por exemplo, 2 pés), deve-se utilizar a seguinte configuração:
Se o canal de descida for muito alto deve-se dividi-lo em vários degraus para evitar a formação de turbilhões.
c) Mecanismo de Retenção de Escórias: As escórias podem ser retiradas em 3 etapas distintas:
1. Eliminação ou retenção no cadinho ou panela de fundição. 2. Retenção no funil ou na bacia de vazamento
3. Retenção no sistema de canais. As inclusões encontradas nas peças fundidas são originadas principalmente por:
Escórias que se formam durante a fusão do metal;
Película de óxidos formados durante a fusão e vazamento do metal; Grãos de areia que se soltam das paredes do molde durante o vazamento.
Como, normalmente a massa especifica do metais é maior que a das escórias, dos óxidos e dos grãos de areia, pode-se retirar estes elementos do metal por mecanismos físicos como decantação e
centrifugação.
c1) Eliminação e retenção das escórias e películas de óxidos no cadinho ou panela.
Geralmente, pode-se eliminar grande parte das partículas indesejáveis na panela de metal fundido, porem pequenas partículas demoram muito para chegar a superfície do metal liquido (vários minutos por diferença de massa especifica) e tornam impossível eliminar totalmente essas partículas.
Podem-se utilizar panelas com válvulas para facilitar a retenção das partículas indesejáveis. c2) Retenção no funil ou na bacia de vazamento.
I)- Por meio de observações experimentais pode-se concluir que a retenção nos funis depende da altura do nível do metal. Para partículas com tamanho igual ou superior a 2mm pode-se dizer que a retenção equivale a :
25% quando a altura do nível de metal é maior que 2x o diâmetro do canal de descida (h funil ≥ 2d <5).
50% quando h funil ≥ 5d < 10d.
100% quando h funil ≥ 10d, desde que a velocidade média do fluxo de metal no canal de descida seja menor que 1m/s.
II)- Bacia de Vazamento: Na pratica, as bacias comuns apresentam eficiência inferior aos funis na retenção de partículas indesejáveis, devido as correntes que se estabelecem no fundo e devido a maior velocidade do fluxo de metal (>1m/s) que sempre ocorre em moldes de grande porte.
As bacias especiais (formato especial) podem alcançar maior eficiência do que as comuns, mas para que seu volume não seja exagerado deve-se observar as seguintes recomendações:
Uma forma alongada;
Adotar válvula para impedir que o vazamento para o canal de descida ocorra antes que a altura adequada de metal dentro da bacia seja atingida;
O fundo da bacia deve conter barreiras para direcionar o fluxo de metal para cima (no ponto posterior ao contato do jato de metal e imediatamente após o anteparo superior);
Adotar aletas verticais para evitar a formação de turbilhões no canal de descida (colocadas sobre o canal de descida).
Normalmente, as bacias especiais não são uma solução razoável para a maioria dos casos, mas são especialmente úteis em moldes de grande porte (maior vazão de metal fundido).
A figura a seguir apresenta tipos de mecanismos de retenção como as câmaras de decantação e os filtros especiais.
c3) Filtros: Os filtros podem ser constituídos de cerâmica (com pequenos furos que retêm partículas) ou de ligas leves (telas metálicas ou em fibra de vidro enriquecidas com resinas).
Os filtros são introduzidos nos canais e aumentam a perda de carga do fluxo de metal. As telas retêm as escórias maiores que a abertura da malha, mas também retém a película de oxido que se prende na malha (entupimento e aumento da perda de carga).
d) Canal de distribuição: a função do canal de distribuição é receber o metal do canal de descida e
distribuí-los entre os canais de ataque. Os canais de distribuição podem ser: Verticais
Horizontais ou pouco declive
d3) Canais de distribuições horizontais ou com pouco declive: A melhor maneira de se distribuir igualmente o metal entre os canais de ataque é aumentar a seção do canal de distribuição e,
consequentemente, reduzindo a velocidade de escoamento do metal, assim como a sua pressão.
Supondo uma seção do canal de distribuição (Sc) tendendo ao infinito, neste caso a velocidade do metal dentro do canal (Vc =>0) tenderia a zero e a distribuição do metal entre os canais de ataque seria perfeita.
Quando existem vários canais de ataque observa-se que o ultimo canal é o que apresenta a maior vazão de metal, sendo que este desequilíbrio de vazão se intensifica quando:
1- Menor for à seção do canal de distribuição, ou seja, quanto maior for à velocidade de escoamento do metal dentro do canal de distribuição, para uma mesma altura metalostática (representa a pressão que a altura do metal liquido exerce pelo próprio peso);
2- Quanto maior for a altura metalostática, pois isto resultara em um aumento de velocidade no canal de distribuição;
3- Quanto maior for o numero de ataques;
4- Quanto menor for a relação entre a seção do canal de distribuição e a seção do canal de ataque
(Sa)
Sc
Sa
Os canais de seção uniforme apresentam decréscimo da velocidade do metal devido as perdas de cargas e a diminuição da fluidez do metal (resfriamento). Normalmente, são bastante volumosos para responderem adequadamente ao equilíbrio de vazão entre os canais de ataque em um grande volume de metal de retorno.
O tipo de canal mais recomendado é o canal com seções decrescentes, principalmente quando o número de ataques é elevado
Nota1: os canais de seções decrescentes (Sc/As = 1) são entre 50 e 70% menos volumosos do que um canal com seção uniforme (Sc/As=2).
Nota2: podem-se utilizar canais inclinados decrescentes quando se deseja fazer a fundição simultânea de várias peças em um mesmo molde, desde que o funil (ou bacia de vazamento) esteja posicionado na parte mais alta do molde.
Um detalhe importante na moldação de um canal de distribuição é a escolha da posição de canal de ataque em relação a superfície de repartição do molde.
Existem 3 situações possíveis para a posição do canal de ataque: 1) Acima da superfície de repartição do molde.
Características:
Vazão desequilibrada entre canais no inicio do vazamento (regime transitório); Fácil de moldar;
Dificulta a entrada de escória no molde. 2) Abaixo da superfície de repartição do molde.
Características:
Vazão mais equilibrada entre os canais no regime transitório; Fácil de molda;
Facilita a entrada de escória no molde;
Características:
Vazão razoavelmente equilibrada no regime transitório; Dificulta parcialmente a entrada de escória no molde;
Moldação é fácil devido a diluição do canal em 2 partes iguais.
A escolha de um dos 3 sistemas de posição dos canais de ataque depende da qualidade que se deseja obter na peça fundida e também do número de peças a serem fabricadas.
A forma da seção dos canais de distribuição pode ser quadrada para facilitar a moldação quando o canal se encontra apenas de um lado da superfície de separação.
Se o canal for repartido pela superfície de separação recomenda-se a seção retangular
Nota: neste casa o ataque pode ser por cima ou por baixo.
Para as seções quadradas e retangulares pode-se empregar algumas relações praticas para o calculo da seção do canal de distribuição.
Seção quadrada:
S = 0,9 C² => C = 1,05
√
S Seção quadrada:S = 1,375 C² => C = 0,85
√
SA função do canal de ataque é fazer a ligação entre o canal de distribuição e a peça sem que ocorra uma queda significativa de temperatura do metal fundido.
Seções quadradas, circulares e triangulares não são recomendadas para os canais de ataque pois apresentam as seguintes desvantagens:
Facilita a penetração de escória na peça.
Dificultam a moldação quando as peças apresentam paredes finas;
Dificultam o rompimento dos canais de ataque da peça após a solidificação.
e1) Canal de ataque com seção retangular as figuras a seguir apresentam canais de seção retangular.
Relações Importantes
a
b
=
4La≅a
b
'=b+0,05 La
b'→ Ligeiramente maior que b
→
Facilita a separação da peça do canal de ataquePara eliminar pontos quentes na união do ataque com a peça pode-se fazer o ataque com uma menor espessura de contato com a peça.
a
0 =a
+La4
Sa' = a
0. b
0 =0,8a 0,9 (a.b)
α
≤14 º
Nota:
b
0 nunca deve ser muito pequeno, pois o material pode-se solidificar se os cálculos chegarem a valores muito pequenos deb
0 é melhor optar por seções quadradas para os ataques (seçãoquadrada se solidifica mais lentamente). e2) Canal de ataque em chuveiro.
A forma dos canais de ataque em chuveiro varia de acordo com a espessura da parede que envolvem estes canais.
a) e < 50mm
hb ≥ 2,5 d
altura do canal de distribuição d’ = d+0,2 e
impede a formação de turbilhões (inclinado)
FIGURA
b) 50 < e < 150mm
d’ = d + 0,1 e hb ≥ 2,5d
Quando o sistema de ataque for por baixo da peça é recomendável colocar o chuveiro invertido, ou seja, abaixo da peça, em vez de usar um único ataque por baixo da peça.
4.2– Sistemas de canais (seleção e distribuição)
Um sistema completo de canais possui. Funil ou bacia de vazamento;
Canal de descida; Pé de canal de descida;
Sistema de retenção de escórias; Canal de distribuição (1 ou mais), e Canal de ataque
O sistema de canais pode ser reduzido a apenas: Um funil.
Um canal de descida.
Um pé do canal de descida. Um ataque.
Esse sistema, apesar de mais barato, não é recomendado para peças que requerem maior qualidade, pois facilita a inclusão de escórias e a formação de turbilhões.
Nota: este sistema pode ser utilizado para ser utilizado em peças simples, produzidas com metais não oxidáveis no estado liquido.
Para produção de peças com grandes requisitos pode-se adaptar o sistema anterior, neste caso deve-se prolongar o canal de descida para reduzir os efeitos dos turbilhões e o arraste de escoria para a peça, assim como, direcionar a solidificação para um massalote introduzido entre o canal de distribuição e de ataque, o que evita a formação de um ponto quente da peça (e consequentemente a formação de um vazio), como mostram as figuras a seguir.
Se a peça a ser produzida for muito grande deve-se dividir o canal de distribuição em duas ou mais veias e colocar prolongadores verticais que permitam alocar o jato inicial de metal, que é mais frio (pois aquece o molde) e contem mais escórias (areias + óxidos), como mostram as figuras a seguir.
Para sistemas de canais muito complexos é aconselhável dividir o sistema em vários sistemas. Se o molde for muito alto pode-se fazer o enchimento por baixo ou em duas etapas. No caso de optar por duas etapas deve-se primeiro fazer o enchimento por um canal de descida (canal 1) que leva o metal até a parte inferior do molde, onde os canais de distribuição e de ataque iniciam o enchimento do molde até uma altura de 5 a 10 cm.
Quando o metal atingir esta altura o vazamento pelo canal 1 é parado e inicia-se o vazamento pelo canal de descida 2, onde um sistema de chuveiro faz o vazamento do metal por meio da parte superior do molde, como mostra a figura a seguir.
O enchimento em duas etapas (por baixo e por cima) permite uma solidificação dirigida de baixo para cima um cuidado a ser tomado neste sistema é quanto ao posicionamento do chuveiro, que deve ser posicionado para evitar que o fluxo de metal atinja as paredes do molde ou dos machos (evita a erosão). O sistema em duas etapas de enchimento evita a erosão no fundo do molde.
Nota1: quando o enchimento é feito exclusivamente por baixo é necessário empregar uma vazão elevada do metal fundido para evitar o resfriamento (solidificação) do metal na parte superior do molde ou utilizar luvas exotérmicas na parte superior (nos massalotes colocados na parte superior).
Nota2: uma solução para evitar a colocação de luvas exotérmicas nos massalotes, quando o vazamento é feito por baixo é fazer os massalotes abertos (atmosféricos) e promover o enchimento dos mesmos por cima. Esta solução propicia um enchimento tranqüilo (por baixo) e uma solidificação dirigida de baixo para cima (adição de resfriadores na parte de baixo).
4.2.1- Peças de pequeno porte produzidas em série.
Peças produzidas utilizando canais de distribuição com seções crescentes, para obter um equilíbrio na vazão de metal. Os moldes podem se constituídos de varias cavidades inclinadas com ataque individuais (como uma escada => molde sobre molde) para cada cavidade.
No vazamento de peças pequenas em moldes inclinados com ataques individuais podem-se produzir peças diferentes desde que apresentem espessuras e massa semelhante para evitar vazões
desproporcionais em cada canal de ataque.
Um cuidado especial a ser tomado na produção de peças pequenas é quando a área da seção do canal de distribuição e o seu comprimento.
Se o canal de distribuição apresentar seção inferior a 1 cm² e comprimento superior a 30 cm deve-se observar uma queda de temperatura de 10ºC (ligas cuprosas em moldes de areia) a 20ºC (ferro fundido em molde de areia), para cada 10 cm de comprimento do canal, nos instantes iniciais do vazamento, neste caso se a temperatura de vazamento for incorreta pode ocorrer a solidificação do metal dentro dos canais e o não preenchimento do molde.
No desenho dos canais de seção decrescente deve adotar Sc ( seção do canal de distribuição) igual a soma das seções de todos os ataques alimentados por este trecho. A seção deve ser retangular com saída de 10%.
Nota: quando o canal de distribuição apresentar uma curva ao longo de seu comprimento deve-se evitar a colocação de canais de ataque nesta curva se o ataque ficar nesta curva exterior será favorecida (força centrífuga) á sua vazão e se ficar na curva interior será prejudicada a sua vazão.
4.2.2- Peça com seção circular (forma de anel).
Nas peças com seção circular (ou em forma de anel) pode-se fazer o enchimento do molde utilizando um sistema de chuveiro, em que o metal escoa da parte superior para dentro do molde, obtendo uma solidificação dirigida de baixo para cima e uma distribuição de vazão bastante equilibrada.