Literatura Técnica

01. O QUE É UM CHAPELIM?TOP

É um separador (espaçador) utilizado para apoiar, sustentar um núcleo na posição correta durante o vazamento do metal em fusão num molde. Chapelins habitualmente são feitos de aço revestidos de estanho ou cobre, para evitar a oxidação da superfície.

 
02. QUANDO SÃO USADOS CHAPELINS?TOP

São usados quando o design da peça fundida torna impossível prover marcações de núcleos (machos) adequadas, e quando há possibilidade do macho arquear ou levantar. Em fundidos complexos, de muitos núcleos, também são utilizados chapelins para minimizar a movimentação entre os núcleos. Concluímos que o uso dos chapelins são uma necessidade técnica nas fundições. Por suas aplicações obtém-se peças complexas, que satisfaçam as exigências técnicas. Muitas peças fundidas com essas novas técnicas, permitem menores espessuras das paredes das peças, economia de material, peças estanques e resistentes.Tudo isso só é possível com o uso correto de chapelins. A dificuldade é que não existe uma técnica específica, a qual nós possamos determinar o chapelim a ser usado. Normalmente é pela prática que se determina o tipo, tamanho e posição do mesmo no molde. Os núcleos (machos) de areia são fixados no molde por marcações ou camas de assento e por meio de chapelins. Em muitos casos é impossível o macho permanecer em seu assento ou cama, devido ao peso do mesmo e também pela pressão provocada pelo metal líquido, fazendo o macho flutuar (diferença de densidade). Núcleos compridos e pesados também sofrem deformações, arcam e quebram, nestes casos só com o uso de chapelins é que podemos obter peças com paredes uniformes.

 
03. PREVISÃO DE CHAPELINSTOP

Já quando do projeto da peça a ser fundida (modelos para moldes e machos), pode-se prever o uso de chapelim. A dificuldade existe no profissional, para se prever o uso de chapelim, onde só deve ser usado após o técnico da fundição não tenha outra solução em conseguir a peça perfeita.

 
04. MATERIAIS DOS CHAPELINSTOP

Em geral o material usado é o aço não ligado, com aproximadamente 0,1% de carbono, tanto para chapas e arames. Com os conhecimentos adquiridos no decorrer dos anos de experiência, podemos afirmar que o material acima descrito é indicado tanto para peças em ferro fundido como para peças em aço fundido. Existem também chapelins de materiais especiais, para a fundição de aço inoxidável, cobre, produzidos com os respectivos materiais.

 
05. CHAPELIM PARA FERRO FUNDIDOTOP

Para que a fusão do chapelim (caldeamento) ocorra facilmente com o material a ser fundido, é necessário que a temperatura de fusão não seja baixa demais (abaixo de 1220 graus Celsius). Pois o ponto de fusão do aço com baixo teor de carbono, usado na fabricação do chapelim, é mais elevado do que o ponto de fusão do ferro fundido. O correto é para o chapelim caldear-se com o ferro fundido ou melhor dito, soldar-se, formando assim uma só peça. Quando do vazamento do metal líquido no molde, a superfície do chapelim atinge uma temperatura muito próxima da fusão do mesmo, e com a difusão do carbono do ferro fundido, completa-se a solda. Quando do vazamento de aço fundido, o caldeamento é total, pois a temperatura de vazamento é mais elevada e a incorporação do chapelim pelo aço fundido é total.

 
06. PROTEÇÃO SUPERFICIAL DO CHAPELIMTOP

PROTEÇÃO COM ESTANHO O estanho tem baixo ponto de fusão (cerca de 230 graus Celsius) e alto ponto de ebulição (cerca de 2300 graus Celsius), suas propriedades para formar uma zona de difusão são muito boas, por isso o estanho é o elemento mais indicado. O caldeamento do ferro fundido sobre o chapelim é aprofundado pela camada de estanho, resultando disto uma firme ligação e resistência. Quando a camada do estanho for muito grossa, seu uso é desaconselhável, pois o excesso de estanho deixa o material poroso, provocando uma queda de resistência no local do chapelim. A camada normal de estanho em chapelins menores é de 6 a 8 micra , e para peças pesadas (maiores) pode ser até de 15 micra. O estanho usado em nossas instalações é de uma pureza de 99 %. PROTEÇÃO COM COBRE Chapelins cobreados tem boa aplicação em peças de aço fundido e de ferro fundido com temperatura mais elevadas. Os chapelins cobreados podem sofrer uma oxidação, dependendo do ambiente em que estiverem estocados, por isso os chapelins cobreados devem ser escolhidos antes de usá-los na fundição. Por esta razões o uso de chapelins estanhados tem propriedades superiores as do cobreados.

 
07. CHAPELIM SEM PROTEÇÃO SUPERFICIALTOP

Estes chapelins só poderão serem consumidos se estiverem limpos e secos (sem óleos e oxidação). Uma vez o molde pronto com areia verde, com este tipo de chapelim, deverá ser vazado. O mesmo não poderá ficar estocado por muitas horas ou dias, pois o chapelim começa a suar e oxidar dentro do molde, provocando assim quando do vazamento, gases, inutilizando muitas vezes a peça fundida. São raras as utilizações do mesmo e normalmente com uma produção muito pequena.

 
08. TIPOS DE FORMATOS DE CHAPELINSTOP

Os tipos de formatos padrões normalmente são os de arruelas circulares,quadradas ou retangulares. As hastes podem ser redondas lisas, achatadas,roscadas, ranhuradas ou de chapas. Chapelins especiais também são muito utilizados pelos técnicos em fundição, pois a complexidade dos núcleos e dos moldes o fazem serem diferentes, tendo encaixes e outros artifícios de fixação. Todos os chapelins usados na parte inferior do molde sofrem mais, pois o metal líquido ao entrar no molde, envolve primeiro estes e eles perdem sua rigidez (resistência), devido ao amolecimento de sua haste, para tanto devem ser calculados chapelins com maior resistência. Os chapelins com hastes ranhuradas (estriadas), facilitam o caldeamento pelo metal liquido, tendo como maior utilidade em fundição de peças estanques. Os chapelins com hastes redondas e arruelas redondas, permitem um melhor fluxo de metal líquido, reduzindo assim formação de vazios ou bolhas, devido a turbulência formadas pelas arestas dos chapelins quadrados.

 
09. RESISTÊNCIA DE COMPRESSÃO DOS CHAPELINSTOP

Na fabricação de hastes e arruelas para chapelins, determinamos as medidas destas para que elas tenham a resistência necessária. Variáveis a serem consideradas na fabricação de chapelins: a) Temperatura de vazamento do metal líquido b) Espessura da parede da peça fundida (altura do chapelim). c) Pelo tempo que estes ficam no metal líquido. d) Pela resistência da haste. e) Pela velocidade de solidificação. Em um teste organizado e em laboratório é possível determinar a resistência a compressão do chapelim praticamente exato. Na prática, entretanto, com as mudanças inerentes de condições, diferentes valores para a resistência de compressão continuamente ocorrem e resultam numa resistência variável para o chapelim. O único fator constante é a espessura da parede, que é a altura do chapelim.

 
10. DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA DE COMPRESSÃOTOP

Disto pode ser visto que a determinação da resistência de compressão dos chapelins na aplicação do processo de fusão, pode ser feita apenas empiricamente. Por essas razões ilustramos em três diagramas, experiências e valores experimentais que mostram, para hastes circulares com diâmetro 1,6 a 40,0mm e altura que varia de 4 a 150mm, a relação entre diâmetro da haste e sua altura, com a respectiva resistência de compressão. Essas experiências e seus respectivos resultados são baseados em dois valores constantes: a) tensão de resistência do material da haste: 45 kg/mm2. b) temperatura de fusão: 1250 a 1300 graus Celsius. Se utilizarmos hastes ranhuradas (estriadas) devemos descontar 10% da resistência de compressão da haste.

 
11. EXEMPLOS PARA A DETERMINAÇÃO DE CHAPELINSTOP

Para determinarmos o dimensional do chapelim a ser utilizado e sua quantidade, devemos obter duas informações: 1) espessura da parede da peça (altura do chapelim). 2) peso do núcleo. Utilizaremos os diagramas respectivos e uma tabela de secção da haste.

 
12. DIAGRAMASTOP
Diagrama 1: Diâmetro da haste de 1,6 a 4,0 mm Diagrama 2: Diâmetro da haste de 5 a 18 mm Diagrama 3: Diâmetro da haste de 20 a 40 mm

* Clique nos gráficos para amplia-los

Diâmetros Usados (mm) Area dos Diâmetros (mm2)
1,6 2,0 2,5 3,0 3,4 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0 12,0 15,0 18,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 2,01 3,14 4,90 7,07 9,08 12,60 19,65 28,30 50,30 78,60 113,10 176,70 254,50 314,00 491,00 707,00 962,00 1.257,00
 
EXEMPLO 1 Procurar o diâmetro da haste de um chapelim para uma carga de 75 kg e uma espessura de parede de 20mm. Solução: no diagrama 2 podemos observar de que alinha horizontal inferior indica a altura da haste, indo da esquerda para a direita, seguindo esta linha encontramos o valor de 20mm. Aí subimos a linha vertical e encontramos a curva da linha da haste de diâmetro 5,0mm, neste encontro devemos seguir para a esquerda, até encontrarmos a linha vertical que indica a resistência a compressão em kg/mm2 e aí encontramos um valor correspondente a 1kg/mm2; Faremos agora os cálculos: diâmetro da haste= 5,0mm Á rea da haste=(veja tabela 1=19,65mm2 Fazendo a multiplicação da área da haste com a resistência a compressão encontrada teremos: 19,65 x 1= 19,65 kg podemos dizer que a haste encontrada de diâmetro de 5,0mm não suportará a carga de 75kg. Seguimos para o próximo cálculo , partiremos do mesmo ponto (20,0mm) e chegaremos a outra linha de curva em um diâmetro de 8,0mm, seguindo então a linha horizontal para a esquerda e chegaremos na linha vertical da resistência a compressão, cujo valor é 1,5 kg/mm2. Faremos novamente os cálculos: diâmetro da haste=8,0mm Á rea da haste(veja tabela 1 )= 50,3mm2 Fazendo a multiplicação da área da haste com a resistência a compressão encontrada teremos: 50,3 x 1,5= 75,45 kg podemos afirmar que uma haste de diâmetro 8,0mm suportará a carga de 75 kg. OBSERVAÇÃO: Nestes três diagramas podemos intercalar outros diâmetros de haste. O bom senso permite só para exemplo, no diagrama 2, intercalar entre os diâmetros 5,0 e 8,0mm, os valores de 6,0 e 7,0mm acompanhando uma curva similar, e entre os diâmetros de 8,0 e 12,0mm intercalar os diâmetros de 9,0 ; 10,0 e 11,0mm e assim por diante. EXEMPLO 2 Determine o diâmetro da haste para uma carga de 100 kg e uma parede com espessura de 28,0mm. Solução: valores para a resistência da haste de chapelins com alturas superiores a 20mm, são encontradas no diagrama 2, portanto usando a tabela 1 e o diagrama 2, supõe-se um diâmetro de 10,0mm e encontramos no diagrama um valor aproximado de 1,3 kg/mm2. Fazendo os cálculos: 78,6mm2 (área da haste de 10mm) multiplicado por 1,3kg/mm2=102,18kg Podemos afirmar que esta haste é possível usar. Supondo agora um diâmetro da haste de 8,0mm, encontraremos no diagrama um valor aproximado de 1,0kg/mm2 Fazendo os cálculos: 50,3mm2 multiplicado por 1,0kg/mm2= 50,3 kg Se usarmos um chapelim com duas hastes de 8,0mm ou dois chapelins com haste de 8,0mm,também o mesmo irá suportar a carga ( 50,3 x 2= 100,6 kg). OBSERVAÇÃO: Quando a produção de peças é seriada (grandes quantidades), podemos então fazer experiências com chapelins, visando a possibilidade de reduzir as dimensões, barateando assim o custo do chapelim e conseqüentemente o custo da peça fundida. Para peças fundidas em aços, onde a temperatura de vazamento é mais elevada, devemos considerar nos cálculos para a determinação do chapelim, uma resistência à compressão nos diagramas em torno de 20% menor.
 
13. DETERMINAÇÃO DE ARRUELAS DOS CHAPELINSTOP

Como resistência devemos entender, a pressão exercida pela arruela do chapelim sobre a parede do molde e sobre o macho. A arruela do chapelim não deve penetrar na areia do molde e nem no núcleo, pois quando isto acontece, haverá alteração na parede da peça (espessura) e também apresentar uma superfície irregular na area do chapelim. O aprofundamento do chapelim no molde e no macho é evitado com o uso de chapas (arruelas) nas suas extremidades. A área dessas chapas (arruelas) são levadas em conta o tipo de areia que é utilizado para a confecção dos moldes e machos, onde podem ser: Molde com areia verde e macho com areia seca ou verde Molde com areia seca e macho com areia seca Um macho ou molde confeccionado de areia seca suporta uma pressão de 3,2 a 5 kg/cm2 Um macho ou molde confeccionado de areia verde suporta uma pressão proporcional a sua dureza, bem menor do que a areia seca. TABELA 2

Dureza da areia do molde(AFS) Pressão (kg/cm2)
60 70 80 90 0,42 0,60 0,90 1,90
 
EXEMPLO 3 Devemos encontrar que arruelas iremos usar no exemplo 1, sabendo que o molde e o núcleo é de areia seca com uma dureza de 5,0kg/cm2 e o núcleo pesa 75 kg. Solução : por meio de eliminatória, supomos a utilização de uma arruela quadrada de 30mm de lado. Façamos os cálculos: 30mm=3,0cm donde a área é 3,0×3,0=9,0cm2 Multiplicando-se 9,0cm2 pela resistência da areia que 5 kg/cm2 teremos um valor de 45 kg donde esse valor é menor que os 75 kg do núcleo. Iremos então aumentar a dimensão da arruela para 40 mm de lado e efetuarmos o cálculo: 40mm=4,0cm donde a área é 4,0×4,0=16cm2 multiplicando-se 16,0cm2 pela resistência 5,0kg/cm2 teremos um valor de 80 kg, onde chegamos a conclusão que essa arruela suportará a pressão do núcleo. O chapelim então terá as seguintes dimensões: altura de 20mm, duas arruelas quadradas de 40mm,1 pino de 8,0mm (encontrado no exemplo 1) e a espessura da arruela em torno de 1,5mm (usa-se o bom senso e a prática no dimensionamento da espessura da arruela). EXEMPLO 4 Determinar as dimensões (diâmetro da haste e arruelas), e quantidades de chapelins, sabendo que: a) o núcleo tem um peso de 7 kg. b) o núcleo é confeccionado em areia seca e o molde em areia verde (dureza 80 afs). c) espessura da parede é de 10,0mm. d) peça fundida deverá ser estanque. Solução: através da altura de 10,0 mm ,encontramos no diagrama 1 o valor da resistência à compressão da haste(0,9kg/mm2) e seu diâmetro( 1,6mm). Na tabela 1, a haste com diâmetro 1,6mm tem uma área equivalente de 2,01mm2. Realizando a multiplicação da resistência à compressão 0,9kg/mm2, com a área da haste 2,01mm2, encontramos um valor de 1,81kg, mas não devemos esquecer de descontar os 10%, pois o pino deverá ser ranhurado (estriado), para que a peça seja estanque.Nessas condições o valor é 1,63 kg/chapelim e o número de chapelins a serem usados é de 5 peças. Usando o bom senso, verificamos por experiência, que para uma boa fusão (caldeamento) dos chapelins seria necessário uma arruela de diâmetro máximo 10,0mm. A areia verde têm uma dureza de 80 afs e na tabela 2 nos mostra que a pressão para esta dureza é de 0,9kg/cm2. Fazendo os cálculos, teremos: área da arruela = 0,78cm2 Multiplicando-se a área de 0,78cm2 por 0,9kg/cm2=0,702kg/chapelim. Neste caso serão necessários 10 chapelins para suportar o macho seco de 7,0 kg.
 
14. MOLDES E NÚCLEOS(MACHOS)TOP

O chapelim colocado na parte inferior do núcleo, deve resistir a pressão provocada pelo peso do respectivo núcleo (macho). Os núcleos (machos) normalmente são fixos com marcações, mas muitas vezes ainda é necessário o uso de chapelins. Quando o metal líquido é vazado no molde, envolvendo o macho até uma altura de +-25%,este já não faz mais pressão para baixo, pois a diferença de densidade é grande e o macho agora força para cima, ocasionando assim a nulidade da carga sobre os chapelins colocados na parte inferior. Já se tivermos chapelins colocados na parte superior do macho, eles devem suportar a pressão provocada pelo metal líquido. Nas peças de ferro fundido, essa pressão é de 3,0 a 3,6 vezes o peso do macho, e nas fundições de aço fundido essa pressão aumenta de 3,8 a 4,0 vezes o peso do macho. No caso de necessitar a colocação de chapelins na parte superior, eles deverão estar apoiados em arruela maiores ou com materiais que tenham maior resistência à compressão como por exemplo, pastilhas de cerâmica, pastilhas de areia seca, pastilhas de aço etc. Figura1

 
15. CHAPELINS EM PAREDES FINASTOP

Peças fundidas com paredes finas e metal líquido em baixa temperatura estão sujeitas a serem peças refugo. Nessas condições fica inviável o caldeamento do chapelim o que resulta em peças não estanques. Para resolvermos este problema, devemos: a) elevar a temperatura de vazamento do material b) também podemos criar um vazio no molde ou no macho (em contorno do chapelim). O excesso de material é retirado depois quando do acabamento da peça fundida.

 
16. CHAPELIM REFORÇADO NA ENTRADA OU PRÓXIMO DO CANAL DE ENTRADATOP

Em muitos casos não podemos evitar o uso de chapelins na entrada ou muito próximo do canal de entrada do metal líquido no molde. Neste local o chapelim estará exposto a uma pressão elevada pelo metal líquido eainda exposto a uma temperatura elevada. Nesses casos, os chapelins normais perdem sua resistência à compressão e são facilmente derretidos pelo metal liquido,provocando refugo nas peças. Por experiência podemos dizer que: para ferro fundido devemos refoçar as hastes destes chapelins em torno de 40 a 50%. Para aço fundido, os chapelins deverão ser reforçados em 50 a 60%.

 
17. RESFRIADORESTOP

Nem sempre é possível, por meio de massalotes eliminar os rechupes. Para obter um resfriamento mais uniforme nas diferentes espessuras da peça, ocasionando assim peças perfeitas (sem rechupe), devemos processar um resfriamento direcionado. Para atingir este objetivo, utilizamos um artefato metálico chamado de RESFRIADOR. Basicamente existe dois tipos de resfriadores: Resfriador Interno e o Resfriador Externo. O resfriador interno é colocado dentro do molde,onde após a entrada do metal líquido, se tornará parte integrante da peça. O resfriador externo é colocado fixo na areia, apenas uma parte dele encosta no metal líquido.Sua forma é a do perfil da peça onde ele será colocado no molde. Quando do vazamento, o metal líquido encosta no resfriador, ocorrendo um choque térmico e o resfriamento é mais uniforme. Suas dimensões, tanto para o interno como para o externo, depende do tamanho do rechupe e da experiência do pessoal de fundição. Ambos os resfriadores necessitam de proteção superficial . Os resfriadores internos, os quais fazem parte da peça, recebem os mesmos tratamentos dos chapelins (estanhados ou cobreados). Já os resfriadores externos, devem estar limpos e são pintados com tinta refrataria na parte que fará contato com o metal líquido. A pintura é para formar uma película isolante, evitando assim que o metal líquido se solde ao resfriador.

 
18. FORMATOS DE RESFRIADORES INTERNOSTOP

Tudo está em questão do rechupe formado e do local onde este se apresenta, tamanho do mesmo, formato etc. Fabricamos resfriadores dos seguintes tipos: a) resfriador tipo mola com haste para fixação. b) resfriador tipo maciço com haste para fixação. c) resfriador tipo tubular d) resfriador tipo espinha de peixe e) especiais sob consulta