Novas formulações de areias de macho para processo Hot Box

Abstract

O presente trabalho foi executado no âmbito do estágio curricular realizado na empresa de produção de componentes sanitários Grohe Portugal, sediada na zona industrial de Albergaria-a-Velha. Trata-se de uma indústria de fundição de latão, cujos produtos abrangem sobretudo torneiras e chuveiros. O trabalho teve como principal objetivo criar novas formulações de areias de macho para o processo Hot Box, por forma a melhorar a qualidade dos machos produzidos. Foi iniciada uma análise do sistema utilizado pela Grohe, incluindo o controlo das principais variáveis inerentes ao processo. Verificou-se que as matérias-primas utilizadas (areia, resina, endurecedor e conservante) eram as adequadas e, quantitativamente, o doseamento de cada uma delas era o correto. A distribuição granulométrica da areia utilizada (areia SP 45) cumpria as especificações técnicas dadas pelo fornecedor. Foi feita uma análise à temperatura das caixas de macho, tendo sido constatado que os valores eram os adequados ao processo. Foram realizadas análises térmicas à areia de macho: análise térmica diferencial (ATD) e análise termogravimétrica (ATG). Através da relação entre perdas de massa e reações endo/exotérmicas compreendeu-se melhor o processo químico de polimerização da resina furânica do tipo ureia-formaldeído usada no fabrico dos machos. Foram ainda realizados ensaios mecânicos de flexão e compressão a um conjunto de provetes representativos destes machos. Os provetes foram preparados numa máquina de machos manual e, numa segunda tentativa, utilizando partes de machos da produção. Em ambos os casos, os valores de resistência mecânica medidos após diferentes tempos de repouso após cura, ao longo de 6h, não foram constantes, revelando alguma falta de reprodutibilidade na preparação dos provetes. Numa segunda fase do trabalho, foram definidas diferentes formulações de machos, variando o tipo de areia utilizada e a proporção REC/A (quantidade de resina+endurecedor+conservante/quantidade de areia). Para isso foram utilizadas quatro areias diferentes (SP 45, SP 55, SP 49 e H-S 00108) e comparadas entre si em termos de distribuição granulométrica, tamanho médio de grão, morfologia do grão e área superficial específica. Para as diferentes quantidades de matérias-primas utilizadas, foram usadas as proporções de REC/A (em peso) = 1%, 1,4%, 1,6%, 1,9%, 2,4% e 2,8%. Em seguida, 0h e 24h após a preparação dos provetes, foram executados na empresa Fundipor (fornecedora da Grohe) ensaios de resistência à flexão, de dureza e de permeabilidade às diferentes composições de machos. Este conjunto de ensaios permitiu concluir que o melhor sistema para o processo Hot Box, é a nova formulação com areia SP 55 e proporção REC/A = 1,5%. Uma análise de consumos com esta formulação revelou uma poupança de 23% em resina, 22% em endurecedor e 25% em conservante.

This work was performed under the internship carried out in the sanitary components production company Grohe Portugal, located in the industrial park of Albergaria-a-Velha. Grohe is a brass foundry company, whose products include mainly faucets and showerheads. The work aimed to create new formulations of core sands for Hot Box process, in order to improve their quality and reduce fabrication costs. Firstly, an analysis of the system used by Grohe was carried out, including the control of the key variables inherent to the process. It was concluded that the raw materials used (sand, resin, hardener and additive) and the relative amounts were adequate. The size distribution of the sand used (SP 45) followed the technical specifications provided by the supplier. The temperature of the core boxes was measured and found correct. Thermal analyses were performed on the core sand: differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetric analysis (TGA). The relationship between mass loss and endo/exothermic reactions, allowed a better understanding of the chemical polymerization process of the furan resin urea-formaldehyde used in the cores. Bending and compression mechanical tests were also carried out to produce a set of representative samples of Grohe sand cores. Samples were firstly prepared manually in a core machine and, in a second attempt, using parts of production cores. In both cases, mechanical strength values measured at fixed intervals over a period of 6h after curing were not constant, showing that there was no reproducibility regarding the specimen’s preparation. In a second part of the work, different formulations of cores were defined by varying the type of sand used and the ratio REC/A (amount of resin + hardener + additive / amount of sand). For this, four different types of sand were used (SP 45, SP 55, SP 49 and H-S 00108) and compared in terms of particle size distribution, average grain size, grain morphology and specific surface area. For different quantities of raw materials used, the proportions in weight percent were REC/A = 1%, 1,4%, 1,6%, 1,9%, 2,4% and 2,8%. After 0h and 24h of sample preparation, bending tests, hardness tests and permeability tests were performed at Fundipor (a Grohe supplier). It was concluded that the best system for the Hot Box process should be a new formulation with sand SP 55 and a ratio of REC/ A= 1,5%. Moreover, the analysis of consumptions revealed that this formulation allows the following savings at Grohe: 23% of resin, 22% of hardener and 25% of additive.