Subido por victorriquelm30

FUNDICION 1

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INTRODUCCIÓN A LA
FUNDICIÓN
Definición de fundición
• Es un proceso consistente en verter metal
fundido en una cavidad o molde, donde se
enfría y endurece para formar una pieza.
• El lugar donde tiene lugar esta operación
se llama fundición o taller de fundición, y
posee todo el equipamiento necesario
para producir fundiciones metálicas.
• Se pueden fundir otros materiales.
• El proceso tradicional es la fundición en
arena, por ser ésta un material refractario
muy abundante en la naturaleza y que,
mezclada con arcilla, adquiere cohesión y
moldeabilidad sin perder la permeabilidad
que posibilita evacuar los gases del molde
al tiempo que se vierte el metal fundido.
• La fundición en arena consiste en
colar un metal fundido, típicamente
aleaciones de hierro, acero, bronce,
latón y otros, en un molde de arena,
dejarlo solidificar y posteriormente
romper el molde para extraer la pieza
fundida.
Procesos de Fundición
•
Para lograr la producción de una pieza fundida es
necesario hacer las siguientes actividades:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas
Diseño del molde
Preparación de los materiales para los modelos y los moldes
Fabricación de los modelos y los moldes
Colado de metal fundido
Enfriamiento de los moldes
Extracción de las piezas fundidas
Limpieza de las piezas fundidas
Terminado de las piezas fundidas
Recuperación de los materiales de los moldes
MODELERIA
odm-2013




INTRODUCCIÓN
La industria la fundición es muy importante para construir
máquinas e infinidad de piezas en distintos tamaños y formas,
para ello se desarrollan conocimientos técnicos tan diversos
como son el dibujo industrial, la mecánica de los cuerpos sólidos
y fluidos.
Buscamos encontrar nuevos criterios para diseñar modelos,
incluyendo software y programas para este, conocer algunos
procesos de fundición utilizando moldes permanentes y moldes
desechables, logrando con ello rapidez, eficiencia, calidad y
economía en los modelos para fundición.

Un modelo para fundición es el elemento que sirve
para la obtención de los moldes de arena. Estos se
logran cuando la arena se comprime alrededor del
modelo y ambos están dentro de una caja de
moldeo. Cuando se termina de compactar la arena
se extrae el modelo y después de cerrar el molde, se
vacía el metal líquido para que llene las cavidades
del mismo. Los modelos deben estar bien diseñados
a fin de evitar dificultades de moldeo, o bien
desecho por excentricidades, formación de grietas y
otros defectos más. Los defectos anteriores pueden
evitarse si se prevén las formas adecuadas de los
modelos para facilitar el moldeo.
Puede definirse un modelo como una replica de la
pieza que se desea obtener. Al diseñador hay que
tener en cuenta la disminución de las dimensiones
ocasionadas por la contracción de la pieza al
enfriarse, la rugosidad de las superficies por la
 calidad de la arena y los alojamientos para los
corazones. Los pesos de los modelos pueden variar
entre unos granos y 50 ó 60 ton. De ahí que los
tamaños de los modelos son muy variados.



2.2 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE
MODELOS

El número de piezas a realizarse con un modelo determinará el criterio
de selección del material del mismo, que puede ser madera, metal, poli
estireno, plástico, resina epóxica, cera o bien mercurio congelado.

Sin duda que la vida útil del modelo y su precisión son factores que
influyen también para la selección del material.

Para moldear 10 veces o más, con un mismo modelo conviene hacerlo
metálico (de aluminio o aleaciones de aluminio) que resisten mas el
desgaste. Puede fabricarse también de bronce o de hierro gris ya que a
veces el desgaste es excesivo cuando se tienen que calentar, como en el
caso del modelo en cáscara.

Maderas:
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

Se tienen dos tipos de maderas:
Duras: Maple, Encino y Ébano
Blandas: Pino blanco, cedro, caoba y abeto

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

La utilización de cada uno de estos tipos de maderas esta en función de la
cantidad de piezas que se fabricarán con el modelo. Las maderas duras tienen
una magnífica resistencia a la abrasión, sin embargo como inconvenientes se
tienen su fragilidad y la dificultad para ser trabajadas. Toda madera que se emplee
para la fabricación de modelos, deberá estar perfectamente sazonada o estofada y
almacenarse para impedir la reabsorción de agua.

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

Es extremadamente importante mantener la humedad en la madera, es un valor
bajo y constante para impedir el alabeo, el hinchamiento y las costosas
reparaciones que tengan que hacerse a los modelos, durante su uso y aún antes,
en lo que toca a corrección dimensional. Los modelos sueltos son generalmente
de construcción de madera. Las placas modelo se construyen en ocasiones de
modelos de madera, montados en una placa metálica o en otras completamente
de madera, aun cuando lo mas recomendable es hacerlas completamente de
metal. Los modelos maestros si son hechos generalmente de madera.

Metales
Los metales más usuales en la fabricación de modelos son: Hierro colado, bronce,
 aluminio y magnesio; en ocasiones se utilizan también aleaciones plomo-bismuto.

Considerándose el sistema de moldeo en verde, a máquina y dependiendo del
 tipo de aleación en el metal, se tienen las siguientes cantidades prácticas del
 número de moldes que pueden hacerse a partir de modelos de diferentes metales, sin que
estos sufran deformaciones que excedan del 0.010 pulg.

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


Hierro colado 90,000 a 140,000 moldes
Bronce 70,000 a 120,000 moldes
Aluminio 40,000 a 110,000 moldes
Magnesio 50,000 a 70,000 moldes
Compuestos más de 110,000 moldes
Considerando las cifras antes mencionadas, se recomienda la utilización del hierro
 colado por su resistencia a la abrasión, a la deformación y alojamiento. Por lo que
 respecta al aluminio, existe una variedad grande de aleaciones de este metal que
 puedan utilizarse para fabricar modelos que son el duraluminio, alto silicio, etc.


Plásticos

Los más usuales en la fabricación de modelos son las resinas epóxicas y la
resina poliéster reforzada con fibra de vidrio. Otros son los plásticos
acrílicos, el polietileno, el estireno, el acetato. La resistencia a los agentes
químicos, su moldeabilidad y propiedades a la abrasión hacen de la
fibra de vidrio y de las resinas epóxicas un material muy adecuado para
la fabricación de modelos.
Algunos modelos hechos con esta resinas resisten hasta 40,000
moldeadas sin presentar alteraciones dimensiónales.


Otros

Se tienen materiales como la cera, el yeso, el concreto refractario, el
barro y el más moderno la espuma plástica. El uso de cada uno de estos
materiales es bastante específicos y depende del tipo, tamaño y de la
cantidad de piezas por hacerse.

Los modelos de las piezas son fabricados de madera y
con dimensiones ligeramente mayores para
contrarrestar el fenómeno de la contracción sólida y el
maquinado posterior. En la figura , es posible visualizar
los modelos que son utilizados en el laboratorio. Como
es posible observar cada modelo posee la forma
geométrica de la pieza y está constituido por dos
partes, alineadas por clavijas. Una de las partes es
colocada en la Caja superior del molde o Tapa y la otra
parte del modelo en el marco inferior de la caja de
moldeo. Ambos componentes tienen como plano
común la superficie de partición de la caja de moldeo.

Para construir las cavidades que constituyen el
bebedero, los canales de colada y los ataques, también
son utilizados modelos de madera. Con respecto a la
forma geométrica de estos componentes, para los
modelos de bebederos son utilizados formas tronco
cónicas, de esta manera la turbulencia y aspiración de
aire generado por la reducción de la sección transversal
del flujo es controlada. Para mejorar el llenado, una
cavidad de vertido es construida manualmente por el
fundidor con la ayuda de las herramientas de moldeo,
de esta manera se logra un vaciado inicial suave
evitando la formación de zonas turbulentas
Etapas del proceso
• Diseño del modelo
• La fundición en arena requiere un modelo a tamaño
natural de madera, plástico y metales que define la
forma externa de la pieza que se pretende reproducir y
que formará la cavidad interna en el molde.
• En lo que atañe a los materiales empleados para la
construcción del modelo, se puede emplear desde
madera o plásticos como el uretano y el poliestireno
expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el
hierro fundido.
Modelos para fundición
Clasificación general:
A. Según la forma que reproducen: externos e
internos
(Caja para machos)
B. Forma: Al natural, enteros o divididos en dos o
más partes
C. Material: Madera, metálico, resinas
Etapas del proceso
•
Diseño del modelo
• Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de
medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundición:
• • Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se
debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya
enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción
depende del material empleado para la fundición.
• A esta dimensión se debe dar una sobre medida en los casos en el
que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por
arranque de viruta.
• https://youtu.be/D0sPAX5fvYE
Modelos para fundición
Propiedades
•
•
•
•
•
Fácil extracción o desmoldeo
Deben prever la contracción.
Deben prever posteriores mecanizados.
Deben ser duraderos
Deben ser precisos
ALTURA DEL MODELO
ANGULOS DE SALIDA Y
PENDIENTES
De 1 a 10 mm
De 11 a 20 mm
De 21 a 35 mm
De 36 a 65 mm
De 66 a 150 mm
De 151 a 250 mm
De 251 a 400 mm
De 401 a 600 mm
De 601 a 800 mm
De 801 a 1000 mm
3°
2°
1°
0°45’
0°30’
1.5 mm
2.5 mm
3.5 mm
4.5 mm
5.5 mm
Tabla .1 valores de contracción de algunos metales
Figura 1. sobre espesores de maquinado en función del
área a maquinar
Tabla 1.Código de colores para modelos
COLORES UTILIZADOS.
 Por sus formas algunos modelos resultan complicados de identificar claramente, por lo cual se
pintan sus partes de colores, cada color corresponde a una parte o superficie especifica según la
norma que se este utilizando.

Modelos
• El modelo.- Es una copia de la pieza a fundir.
• Deberá ser sobredimensionada ya que se debe tener en
cuenta la contracción de la misma una vez se haya
enfriado a temperatura ambiente.
• Se debe dar una sobremedida en los casos en el que se
dé un proceso adicional de maquinado o acabado por
arranque de viruta.
Modelos
• El uso del modelo determina el material a usar .
• Para la construcción del modelo, se puede emplear desde
madera, yeso o plásticos como el uretano y el poliestireno
expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el
plomo o hierro fundido u otro material suficientemente
fuerte para retener su forma y resistir el desgaste
Modelos
• Debe tener ángulos de salida, ángulos mínimos con la dirección de
desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto
de no dañar el molde de arena durante su extracción. Se
recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.
• ensayo y error.
Modelos
• Estas características del molde o modelo
generalmete se obtienen por ensayo y
error.
Modelos
• Uso Único.- Misma pieza pero preparada,
cartoncillo (empaque de asbesto), hule rojo
(neopreno), papel cascaron, pegamento 5000,
pasta automotriz para el acabado.
Modelos
• Poco Uso.- Usar materiales fáciles de
trabajar (madera), clavo, tornillo, pasta
para resanar.
Modelos
• Mucho uso (metálico).- Aluminio ideal,
acero.
Modelos
•
•
•
Caja de moldeo.- Son cajas de caras abiertas en las cuales la la arena se
compacta redondeando el modelo.
Contiene y soporta la arena durante el moldeo y permite la apertura del
molde para la extracción del molde.
Se alinean con pasadores y guías, cuando se requieren más de una línea
de partición se usan los “cohetes” que no son más que otra caja externa,
normalmente son de madera, si la pieza es grande se deja la caja puesta
pero esta deberá ser de metal.
FUNDICIÓN EN ARENA
Pieza a obtener por fundición
167
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
MODELO PARTIDO
168
FUNDICIÓN EN ARENA
MODELO PARTIDO SEGÚN X-X
169
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca la caja inferior sobre la mesa o tabla y a continuación se
coloca el medio modelo centrándolo dentro de la caja
170
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se rellena con arena
171
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se da vuelta la caja inferior
172
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca caja superior y medio modelo
173
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se rellena con arena
174
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se separan cajas y se retiran los medios modelos
175
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca noyo 1
176
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca noyo 2
177
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca noyo 3
178
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se coloca caja superior
179
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se cuela metal fundido
180
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se abren las cajas y se retira la fundición
181
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
FUNDICIÓN EN ARENA
Se eliminan noyos
182
72.04 Industrias de Procesos de Conformación
DISEÑO
Y FABRICACION
DE MODELOS
COMPUTARIZADOS
Diseño
asistido por
computadora



El diseño asistido por computadora, más conocido
por sus siglas inglesas CAD (computer-aided design),
es el uso de un amplio rango de herramientas
computacionales que asisten a ingenieros, arquitectos
y a otros profesionales del diseño en sus respectivas
actividades. El CAD es también utilizado en el marco de
procesos de administración del ciclo de vida de productos
(en inglés product lifecycle management).
También se puede llegar a encontrar denotado con las siglas
CADD (computer-aided design and drafting), que significan
«dibujo y diseño asistido por computadora».
Estas herramientas se pueden dividir básicamente en programas de
dibujo en dos dimensiones (2D) y modeladores en tres dimensiones
(3D). Las herramientas de dibujo en 2D se basan en entidades
geométricas vectoriales como puntos, líneas, arcos y polígonos, con las
que se puede operar a través de una interfaz gráfica. Los
modeladores en 3D añaden superficies y sólidos.
 El usuario puede asociar a cada entidad una serie de propiedades
como color, usuario, capa, estilo de línea, nombre, definición
geométrica, etc., que permiten manejar la información de forma
lógica. Además pueden aladores en 3D pueden, además, producir
previsualizaciones fotorrealistas del producto, aunque a menudo se
prefiere exportar los modelos a programas especializados en
visualización y animación, como Autodesk Maya, Bentley
MicroStation, Softimage XSI o Autodesk 3ds Max y la alternativa libre
y gratuita Blender, capaz de modelar, animar y realizar videojuegos.





El proceso de diseño en CAD consiste en cuatro etapas.
1. Modelado geométrico. Se describe como forma matemática o
analítica a un objeto físico, el diseñador construye su modelo
geométrico emitiendo comandos que crean o perfeccionan líneas,
superficies, cuerpos, dimensiones y texto; que dan a origen a una
representación exacta y completa en dos o tres dimensiones. El
representado en línea abarca todas las aristas del modelo que se
pueden considerar como líneas llenas dando como resultado una
imagen ambigua ya que algunas veces las formas son
complicadas y para facilitarlo se pueden usar los colores para
distinguir las líneas de las piezas y tener una mejor visualización.
Sus estructuras se representan en 2, 2 ½ y dimensiones. Cuando
hablamos de 2 ½ se utiliza la transformación de la extrusión
(sweept), moviendo el objeto de 2-D a lo largo del eje z.[]

2. Análisis y optimización del diseño. Después de haber
determinado las propiedades geométricas, se somete a un análisis
ingenieril donde podemos analizar las propiedades físicas del
modelo (esfuerzos, deformaciones, deflexiones, vibraciones). Se
disponen de sistemas de calendarización, con la capacidad de
recrear con exactitud y Diseño asistido por computadora 2
rapidez esos datos.[]

3. Revisión y evaluación del diseño. En esta etapa importante se
comprueba si existe alguna interferencia entre los diversos
componentes, en útil para evitar problemas en el ensamble y el
uso de la pieza. Para esto existen programas de animación o
simulaciones dinámicas para el cálculo de sus tolerancias y ver
que requerimientos son necesarios para su manufactura.[]

4. Documentación y dibujo (drafting). Por último, en esta etapa
se realizan planos de detalle y de trabajo. Esto se puede producir
en dibujos diferentes vistas de la pieza, manejando escalas en los
dibujos y efectúa transformaciones para presentar diversas
perspectivas de la pieza.[]
son máquinas totalmente automáticas en las que
su objetivo es la producción a gran velocidad de
muchas piezas u objetos. En la operación de estas
máquinas tampoco participa el hombre.
CAD 2D: sustitutivo básicamente del
tablero de dibujo, la representación de los
objetos es bidimensional; la información
geométrica de que dispone el ordenador
es bidimensional, es decir, está contenida
en un plano.
Modelado geométrico 3D: descripción
analítica de la volumetría, contorno y
dimensiones del objeto o sistema,
incluyendo relaciones geométricas e
incluso algebraicas entre los distintos
componentes; (x,y,z).
 Digitalizado
y mecanizado de una cara
 Mecanizado ortogonal
•
•
•
•
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•
•
•
•
1. ¿Por qué crees que la fundición en arena es un proceso de gran
versatilidad y bajo coste?
2. ¿Qué ventajas crees que tiene usar un molde que hay que destruir cada
vez que se fabrica una pieza?
3. ¿Qué diferencias encuentras entre el modelo de una pieza y la pieza
final?
4. ¿Por qué crees que no es adecuado diseñar detalles geométricos
complejos (paredes delgadas, agujeros de diámetro pequeño, etc.) en
fundición en arena?
5. ¿Qué función tienen las mazarotas?
6. ¿Cuál es la función de los enfriadores?
7. En ocasiones se emplea la técnica de fundición en arena seca. ¿Qué
razones crees que existen para eliminar el agua del molde?
8. ¿Qué ventajas tiene el uso de refractario frente a otros materiales, por
ejemplo los metales, en la fabricación de moldes para fundición?
9. ¿Crees que es adecuado compactar el molde con la máxima presión
posible?
10. ¿Cómo explicas el hecho de que aleaciones de mayor peso específico
provoquen mayores movimientos en las paredes del molde?
11. Investiga las variantes de moldeadora que se pueden encontrar en el
mercado
EMPALMES EN MADERA
• MACHOS
• NOYOS
• ALMAS
• NUCLEOS
Machos para fundición
FUNCIONES QUE DESEMPEÑAN LOS MACHOS:
• Ejecución de partes vacías o internas de una pieza
Machos para fundición
• Solucionar problemas de ángulos de salida en las
piezas
Machos para fundición
• Evitar cajas intermedias
Machos para fundición
• Solucionar problemas de contrasalidas de
piezas
PROPIEDADES QUE DEBEN CUMPLIR LOS
MACHOS
•
•
Resistencia una vez fabricado el macho:
facilidad de manipulación durante la extracción
del macho.
Conservación durante el almacenamiento:
Por lo general la fabricación de los machos es
mucho más rápida que la fabricación de los
moldes lo que obliga al almacenamiento; esto
hace que deban guardarse en lugares secos y
libres de polvo para que la humedad no los
afecte .
PROPIEDADES QUE DEBEN CUMPLIR LOS
MACHOS
•
•
•
Poca deformación por dilatación: Un macho
sometido al calor, un tiempo demasiado alto pero
menor al tiempo de solidificación de la masa metálica
que lo envuelve, puede originar grietas o fracturas en
él originando defectos internos en la pieza.
PERMEABILIDAD: Facilidad para dejar evacuar los
gases.
Resistencia durante la colada: va ligada con la
facilidad de manipulación durante la extracción del
macho. En muchos casos, se pueden presentar
deformaciones que se contrarrestan utilizando apoyos,
o soportes durante el curado.
PROPIEDADES QUE DEBEN CUMPLIR
LOS MACHOS
• Poca oposición a la contracción del metal: Los
machos deben poseer algo de “elasticidad” debido a la
contracción del metal al solidificarse, una excesiva
compactación hace disminuir la permeabilidad
impidiendo que se deslicen entre si los granos y ocupen
los espacios entre ellos.
• Buen acabado superficial: se recurre a un Índice de
finura mayor y a un mayor apisonado hasta donde sea
posible sin que ello vaya afectar otras propiedades como
la permeabilidad, la elasticidad, dilatación y friabilidad.
PROPIEDADES QUE DEBEN CUMPLIR LOS
MACHOS
• Friabilidad: Una vez solidificadas las piezas los
machos deben ser extraídos desmoronándolos.
• Bajo costo: Para un proceso productivo se tiene
que hacer un estudio de rentabilidad teniendo en
cuenta el número de machos y el tamaño de los
mismos, teniendo en cuenta aglomerantes,
resinas, mano de obra, desarrollo de nuevos
procesos y acabado que se requiera en las
piezas.
PROCESOS DE FABRICACION DE LOS
MACHOS
Se fabrican según su ejecución sea:
• manual o mecánica;
• la temperatura sea en caliente o igual a la del
medio;
• la arena base utilizada para la preparación.
Los procesos más utilizados son:
Machos al aceite
Machos al silicato de sodio – CO2
Machos en cáscara o Shell molding
MACHOS AL ACEITE
Aglutinantes y aglomerantes en la preparación
de mezclas. Se utilizan aceites vegetales
animales y minerales
Preparación; arena silícea al 100%
•
2 a 4% de aceite
•
0,75 a 0,8% de dextrina
•
1 a 2% de agua
•
0,5% de resina
MACHOS AL ACEITE
• Endurecimiento o curado. Este se da por la
oxidación de los aceites a una temperatura
entre 185ºC y 210ºC alcanzando algunas veces
300ºC cuando se adiciona a la mezcla, aceites
distintos a la linaza.
• Ventajas y desventajas: El costo del estufado
es tan alto que este proceso ha entrado en
desuso. No puede ser reutilizada la arena salvo
para relleno de moldes.
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
El proceso al silicato de sodio CO2 consiste en
preparar una mezcla de arena con silicato de
sodio como aglomerante luego se procede a
fabricar el macho compactando la arena sin que
se pierda las propiedades de permeabilidad, en
una caja de madera o metálica y luego se hace
pasar una corriente de bióxido de carbono (CO2)
directamente sin desmoldear
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
P =0,002 a 0,003 bares (1 bar = 100 KPa)
Figura 3 tiempo de gaseado en función del peso del
macho.
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
El endurecimiento del macho depende de la relación
existente entre el porcentaje de SiO2 y el porcentaje
Na2O llamado módulo M.
TABLA 2. Influencia del modulo en la resistencia, almacenamiento y desmoldeo de
los machos
Módulo (SiO2/Na2O)
Resistencia
Almacenamiento
Desmoldeo
Elevado
2,8
Débil
Imposible
Fácil
Medio
2,4
Media
Medio
Medio
Bajo
2
Elevada
Posible
Difícil
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
• reacción química entre el CO2 y el silicato de sodio
Na2O2 Si02 + CO2 Na2CO3+ 2SiO2
• reacción final
• Na2O2SiO2 + CO2 + H2 0 2NaHCO3 + 2SiO2
Secado de la mezcla debido al flujo de CO2 que
atraviesa la misma.
Difusión de la humedad para la atmósfera después
del gaseado
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
Ventajas:
• No es necesario el cocido de los machos
• No se requieren armaduras
• Precisión dimensional tanto en molde como
machos
• Es muy rápido
• Equipos baratos y sencillos
MACHOS AL SILICATO DE SODIO
Desventajas
• Débil friabilidad por lo que se debe utilizar poco
aglutinante
• La arena no es reutilizable debido a la presencia
de carbonato y bicarbonato de sodio.
• La arena una vez preparada tiene la tendencia a
endurecerse por el CO2 de aire.
MACHOS EN CASCARA
Se fabrican utilizando el mismo proceso de
moldeo en cáscara (Shell - molding). Se preparar
una mezcla de resina con arena se pone en
contacto con la caja de machos previamente
calentada a una temperatura comprendida entre
200ºC y 280ºC aproximadamente y luego se
eleva la temperatura a 350ºC obteniéndose un
macho duro y resistente.
MACHOS EN CASCARA
• La resina es de tipo fenol formaldehído
• La cantidad de resina varía según la finura de
la arena, 2.5 – 5%
• Para un buen desmoldeo de la placa modelo
o la matachera se suele utilizar ACPM o
siliconas
MACHOS EN CASCARA
Ventajas
• Precisión y el estado de superficie.
• Las cáscaras pueden ser almacenadas más
largo tiempo sin precaución especial.
• Debido a la precisión no requiere maquinado.
Desventajas
• De orden financiero, la rentabilidad es, en
principio, para el propietario de la patente.
• La resina es cara y su consumo es alto.
Procesos de Fundición
El producto de la
fundición es una pieza
colada.
Puede ser desde 1 Kg
hasta varias
Toneladas.
Su composición
química puede variar
según necesidades.
Moldeo en arena
• El método de fundición en arena es especialmente adecuado para
la obtención de formas complicadas. En muchos casos este
procedimiento es la única solución técnica a le que se puede
recurrir para moldear piezas con machos de formas complejas.
• Para la confección de los moldes (desechables), se pueden
emplear diferentes materiales como: tierra sintética, arena
aglomerada con aceite de lino y catalizadores, arena revestida
(Shell moulding) o una combinación de los mismos. La elección de
estos materiales se determina luego de haber evaluado
dimensiones, forma, peso y cantidades estimadas a producir.
Moldeo
•
•
•
Caja de moldeo.- Son cajas de caras abiertas en las cuales la la arena se
compacta redondeando el modelo.
Contiene y soporta la arena durante el moldeo y permite la apertura del
molde para la extracción del molde.
Se alinean con pasadores y guías, cuando se requieren más de una línea
de partición se usan los “cohetes” que no son más que otra caja externa,
normalmente son de madera, si la pieza es grande se deja la caja puesta
pero esta deberá ser de metal.
TECNICAS DE FUNDICION
Las etapas que se diferencian en la fabricación de una pieza metálica por
fundición en arena comprende:
• Compactación de la arena alrededor del
modelo en la caja de moldeo.
• Colocación del macho o corazones.
MOLDEO SIN MODELO
• MICROSOFT CORPORATION.
Propiedades del Aluminio.
• BIEDERMANN, A. Fundición de los
Metales No Ferrosos, Hornos Eléctricos y
Ensayos de los metales.
• TITOV, N. D. Tecnología del Proceso de
Fundición.
• CAPELO, E. Tecnología de la Fundición.
• BEELEY, P.R. Foundry Technology.
•
•
•
•
•
Ventajas del proceso de
fundición
Amplia variedad de tamaños.
:
Geometrías de complejidad media.
Válido para cualquier aleación media.
Piezas sin tensiones residuales*.
Económico:
inversión en equipos reducida.
para series cortas o prototipos
• Rápido y flexible para series cortas o prototipos.
ARENAS DE FUNDICION
ESQUEMA DEL PROCESO DE FUNDICION:
PROYECTO
DISEÑO
MODELO
PREPARACION DE ARENA
MOLDEO
FUSIÒN
COLADA
SOLIDIFICACION
DESMOLDEO:
ELIMINACIÒN DE BEBEDEROS Y MAZAROTAS
LIMPIEZA
MECANIZADO
TRATAMIENTOS TERMICOS
ARENAS DE MOLDEO
1. Silice 80-90%: Dan refractariedad y permeabilidad (granos grandes)
2. Arcilla (aglomerante) 4-9%: Partículas finas de la arena, p.e; silicato de alúmina
hidratado
3. Agua y impurezas 2-6%: minerales complejos, p.e; CaO, MgO, FeO, Na2O
La arcilla con el agua forman una masa pastosa que rodea los granos de silice y hace
que entre ellos se genere una fuerza de cohesión
ARENA: >80% En las mezclas de moldeo
Definición A.F.S.: Es un material compuesto de granos de materia minera, distribuidos
desde 2 hasta 0.05 mm de diámetro aprox.
Las arenas de fundición están compuestas principalmente por Si02 (silice) asociado con
pequeñas cantidades de micas, feldespatos y otros minerales.
Clasificación: Silice (Si02), Zircon (ZrSi04), Cromita (FeCr2O4), Olivino
((Mg,Fe)2Si04), estaurolita (FeAl5SiO12OH) y silicatos de alumino
Características exigidas a las arenas para su empleo en
fundición:
1. Refractariedad. Resistir la acción de las temperaturas altas. Depende de la
pureza en su composición química
2. Resistencia, durabilidad o vitalidad. Debe conservar la reproducción del
modelo y soportar los choques térmicos sin fragmentarse, lo cual depende de
la estructura de los granos.
3. Permeabilidad. Permite la rápida evacuación del aire y los gases que se
generan durante la colada. La distribución granulométrica debe ser la
adecuada.
4. Plasticidad: Capacidad de reproducir el modelo.
5. Disgregabilidad: Capacidad de disgregarse fácilmente la arena después de la
colada para permitir la extracción de la pieza
Factores que determinan las propiedades de las arenas:
(a) Composición química, (b) Forma, tamaño y distribución del grano, (c) tipo y
cantidad del aglomerante, (d) cantidad de agua, (e) Tipo y cantidad de impurezas (f)
Calidad de mezclado y (g) Intensidad de apisonado
TIPOS DE ARENA DE MOLDEO
1. Según el contenido de arcilla
-
Mezcla Magra: 4-8% de arcilla, también llamadas arenas verdes. Se utilizan en su
estado natural de humedad y arcilla. Contiene la cantidad adecuada de arcilla para
ser utilizada en la elaboración de moldes
-
Semiarcillosas o semigrasas, 8-10%
-
Grasas: También llamadas arenas secas. Poseen más del 18% de arcilla. Estos
moldes que después de confeccionados se llevan a un proceso de secado. Se utiliza
mucho en piezas grandes. Se logra mayor exactitud dimensional, mayor resistencia
y cohesión de la arena y mayor permeabilidad.
2. Según su origen
- Naturales: Arena que se utiliza tal como se encuentra en el yacimiento.
- Sintéticas: Se preparan artificialmente mezclando silice pura con agua y con
aglutinante y/o aglomerante adecuado.
3. Según se les haya empleado o no en el proceso
- Nueva: Es aquella que se va a emplear por primera vez en el proceso
- Vieja: Arena usada en coladas anteriores y es reutilizada.
4. Según su aplicación en el moldeo
-De contacto: Son arenas preparadas con calidades especiales que se usan para
formar una pequeña capa sobre el modelo.
-De relleno: Son arenas viejas procedentes del desmoldeo que se utilizan para
complementar el llenado del molde a continuación de la arena de contacto
5. Según su utilización
-Para moldes
-Para machos
6. De acuerdo al tamaño de grano
Arena
INDICE AFS.
TAMAÑO DE GRANO
Muy grasa
< a 18
entre 1 y 2 mm
Gruesa
entre 18 y 35
entre 0.5 y 1 mm
Media
entre 35 y 60
entre 0.25 y 0.5 mm
Fina
entre 60 y 150
entre 0.12 y 0.25 mm
Finísima
> 150
< 0.10 mm
AGLUTINANTES
Son productos capaces de conferir cohesión y plasticidad a una mezcla en
determinadas proporciones con agua y arena. Una característica de los aglutinantes es
la adhesión ya que forman películas alrededor de la arena y adhieren a ella cuando son
mezclados con una cantidad definida de arena. Deben de proporcionar: Cohesión,
plasticidad, durabilidad, control de defectos de expansión de la silice, fluidez a las
mezclas y capacidad de posibilitar el desmoldeo.
CLASIFICACIÓN: Existen dos grandes grupos:
- Inorgánicos: son arcillas y son de tres tipos:
1. Coalinitas Al203.SiO2.2H2O. Estas mantienen su estructura cristalina hasta los
450ºC, a partir de esta temperatura pierde sus propiedades como arcilla.
2. Bentonitas. Arcilla plástica derivada de la descomposición de cenizas volcánicas
compuestas principalmente por MONTMORILLONITA (Al1.67Mg0.33Si8020(OH)4.
Pierden su estructura cristalina a los 600ºC.
3. Illitas Al4K2(Si6Al2)020(OH). Pierden su estructura cristalina a los 400ºC.
-Orgánicos: La mayoría aumenta la cohesión de la arena en verde y arde a
temperaturas bajas. Se adiciona a la arena silícea a cantidades que van de 1-3%.
El principal es la dextrina. Se emplea generalmente para impedir que la superficie del
molde pierda muy rápido su humedad. Presentan algunos problemas como la
obstrucción de los huecos de la arena disminuyendo así su permeabilidad.
AGLOMERANTES
Producto que mezclado con arena se forma una película alrededor de los granos de la
arena para endurecerlos y ligándolos entre sí, dándole RESISTENCIA. Debe
suministrar: Resistencia a las condiciones mecánicas, térmicas y químicas, resistencia a
la erosión, permeabilidad, generar superficies lisas en piezas y facultad de desmoldeo
CLASIFICACIÓN:
De acuerdo al tipo de producto que emplean.
-
Los que emplean productos inorgánicos. Cementos, silicatos, sulfitos, etc.
-
Los que emplean productos orgánicos. Aceites, resinas sintéticas, oleoresinas y
silicatos organicos.
De acuerdo al mecanismo de endurecimiento.
-
Endurecimiento con aporte de calor
-
Endurecimientos sin aporte de calor. Por la inyección de un gas. p.e. a. Silicato
sádico + C02 b. Resinas + S02
CO2 + Silicato de Na → Na2CO3+Si02
También por endurecimiento en la caja. p.e. Cemento portland más agua, silicatos
inorgánicos, resinas sintéticas de autoendurecimiento rápido
ADITIVOS
Los aditivos se adicionan en pequeñas proporciones y son utilizados para que no
aparezcan defectos en las piezas fundidas, mejoran su calidad y facilitan el
desprendimiento y limpieza.
CLASIFICACIÓN:
1. Los que permiten controlar la expansión de la silice.
-
Harina de madera
-
Materiales celulósicos
-
Cenizas volcánicas
-
Cereales
2. Los que mejoran la calidad de las piezas. Impiden que el metal líquido penetre en la
arena y evitan la reacción metal-molde. Generalmente son: polvo de hulla, brea,
grafito.
3. Los que facilitan el desmoldeo: harina de madera, materiales celulosos, polvo de
carbón y cereales.
ADITIVOS
4. Los que estabilizan la humedad en las mezclas: cereales, lejias de bisulfito, metales y
azucares.
Otros: Oxido de hierro (fabricación de machos evita grietas), cereales (permeabilidad,
resistencia, mejora la calidad de las piezas), harina de silice (en piezas sometidas a
fuertes condiciones, por ejemplo el hacer ).
Características de la Arena
Resumen de las adiciones
Propósito de la adición
Sustancia
Aumento de la vida útil y
resistencia al secado
Cereales, glicol dietileno
Resistencia en caliente
Oxido de hierro, alquitrán
en polvo
Acabado superficial y resistencia a Alquitrán de polvo, carbón
la penetración del metal
marino
Inhibir la reacción entre el metal
ye le molde
Sulfuros, acido bórico
Colapsabilidad y resistencia de los
defectos de expansión
Cereales, aserrín
Arenas de moldeo
-Humedad
-Arena Base
-Permeabilidad
-Aglutinante
-Resistencia
-Agua
-Finura
-Aditivos
-Refractabilidad
-Durabilidad
Degeneración de la arena
- Perdida de humedad
R
P
5
Tiempo de maxalado
Permeabilidad
- Perdidas de resistencia
Resistencia a la compresión
- Degradación de arcilla y aditivos
ENSAYOS
1. HUMEDAD
2. CONTENIDO DE ARCILLA
3. PERMEABILIDAD
4. RESISTENCIA
5. REFRACTARIEDAD
6. DUREZA
PREPARACION DE MUESTRAS
A) TOMAR 3 PALADAS
B) FORMAR UN MONTO DE ARENA Y HOMOGENIZAR
C) APLASTAR LA ARENA CON EL REVES DE LA PALA Y DIVIDIRLA EN 4
PARTES
D) ELIMINAR DOS DE LAS PARTES DEL MONTON
E) REPETIR B, C Y D HASTA OBTENER UNA CANTIDAD NECESARIA PARA LAS
MEDICIONES
Preparación de probetas
Es de forma cilíndrica: 2” de diámetro y de longitud
Se obtiene por medio de un apisonador. El cual contiene un pinzón que
comprime la arena contenida dentro de un recipiente cilíndrico, el cual consiste
en un pinzón que comprime la arena contenida dentro de un recipiente
cilíndrico.
2”
2”
Dimensiones de
la probeta
Instrumento para apisonar la
probeta de norma AFS
Componente tubular para
comprimir la probeta de norma AFS.
Análisis granulométrico
Los tamices mantienen una relación fija. Se utiliza 50 gramos secos. Se agita
Tamaño de la muestra: 50 gramos
aprox. 15 mins.
Contenido en arcilla AFS 5,9 gamos ó 11,3%
Granos de arena: 44.1 gramos ó 88,2%
Núm. equiv.
de la serie
E.U.A.
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Charola
Total
Cantidad de la muestra
de 50 gramos retenida
en el tamiz
Gramos
Por ciento
ninguno
0
ninguno
0
ninguno
0
ninguno
0
0,2
0,4
0,65
1,3
1,2
2,4
2,25
4,5
8,55
17,1
11,05
22,1
10,9
21,8
9,3
18,6
44,1
68,2
Multiplicador
3
5
10
20
30
40
50
70
100
140
200
300
Producto
0
0
0
0
12
52
120
315
1,71
3,094
4,36
5,58
15,243
Número de finura de grano AFS=Producto total / Porcentaje total=15,243/88,2=173
Determinación de la arcilla
1. Tomar 50 gramos, se seca.
2. Mezcla con 47 cc de agua + 25 cc de
NaOH
3. Se lleva a un agitador eléctrico
Se realiza un lavado:
1. Agitar 5 min y eliminar la solución
utilizando un sifón (hasta 1”).
2. Agregar agua destilada hasta 6” y agitar
5 min.
3. Dejar asentar y eliminar agua utilizando
el sifón
4. Repetir 2 y 3 hasta que el agua salga
clara
5. Se seca, se pesa y se obtiene el % de
arcilla
Permeabilidad
- Probeta normal
- Presión 10 gr/cm2
- 2000 cc de aire
Muestra
Sellos de
mercurio
Se toma el tiempo
P
P
P
v. h
p.a.t
50.1
gr / cm 2 presiònmin .
300
gr / cm 2 presionseg
Entrada de aire
Dureza
Prueba Brinell
Una carga de 237 gramos aplicada al indentador debe mover el indicador libremente a
100. una carga de 100 gramos debe indicar 1.27 mm (0.05 pulgadas) o una dureza de
50. El instrumento que se muestra a continuación tiene un indentador con un radio de
12.5 mm . Se requiere una carga total de 980 gramos para mover el indentador 2.54
mm.
TIPO DE MOLDE
DUREZA
Muy blando
20-40
Blando
40-50
Mediano
50-70
Duro
70-85
Muy Duro
85-100
Resistencia
Sistema de resorte
Tornillo
Probeta de arena
Manivela
Tuerca
fija
Resorte
Mordaza fija
Resistencias v/s Humedad
Ventajas del Moldeo en Arena Verde
• Posibilidad de obtención de piezas delgadas en acero
(~3mm.)
• Posibilidad de utilización en casi todo tipo de metales
y aleaciones.
• Resistente a altas temperaturas. (titanio 1491K)
• Es un proceso más barato que el resto.
Ventajas del Moldeo en Arena Verde
• No requiere de tolerancia especiales.
• El acabado es uniforme y liso.
• El moldeo es bastante simple.
• El material del molde es reciclable (~95%)
• Costos de materiales bajos y proceso flexible.
Desventajas del Moldeo en Arena Verde
• No es adecuado para piezas grandes.
• No se obtienen tolerancias reducidas.
• No es adecuado para piezas de geometría compleja.
• No se obtienen acabados superficiales óptimos.
Pruebas y Control de Calidad del Moldeo
• Control de Humedad  Prueba de Compactabilidad.
• Mejoramiento del acabado superficial y reducción de la penetración
del metal  Adición de carbón.
• Cantidad total de bentonita en la arena  Prueba de azul de
metileno  actuar sobre la cantidad de arcilla.
• Control de la expansión del molde  Polvo de carbón (Sea Coat).
• El tipo de arena controla las tolerancias, el acabado superficial y la
capacidad de repetición.
LABORATORIO DE ARENAS
• ANALISIS GRANULOMETRICO
• OBJETIVO
• Determinar la granulometría de las arenas de fundición y
clasificarlas para su uso posterior.
• GENERALIDADES
• El proceso de fundición empleando moldes no permanentes,
requiere entre otros materiales, del uso de arenas,
principalmente cuarcíferas, que reúnan ciertas características
• granulométricas.
• Por esta razón, en la perspectiva de hacer uso de diferentes
tipos de arenas, es necesario en forma previa, caracterizar la
granulometría inicial de la arena, para posteriormente
determinar cuál será el rango de tamaño de la misma, que
resulta ser más adecuado para su uso como componente
principal en la preparación de la arena de moldeo, que debe
estar en un rango relativamente estrecho de tamaño.
• EQUIPO Y MATERIALES A EMPLEAR
• • Arena
• • Tamices
• • Equipo de sedimentación y sifonaje
• PROCEDIMIENTO
• Una vez seleccionada la arena, se lleva adelante el
deslamado de la misma, para posteriormente someterla a
un proceso de tamizado con el propósito de determinar su
• distribución de tamaño. Luego, se separan las fracciones
que correspondan a un tipo de arena gruesa y fina,
• caracterizando cada una de ellas, en función de su
distribución en un determinado rango de tamaño.
PREPARACION DE MUESTRAS
A) TMAR 3 PALADAS
B) FORMAR UN MONTO DE ARENA Y HOMOGENIZAR
C) APLASTAR LA ARENA CON EL REVES DE LA PALA Y DIVIDIRLA EN 4
PARTES
D) ELIMINAR DOS DE LAS PARTES DEL MONTON
E) REPETIR B, C Y D HASTA OBTENER UNA CANTIDAD NECESARIA PARA LAS
MEDICIONES
Redondo Subangular Angular Sub-cristalino Cristalino
CLASIFICACION SEGÚN AFS (AMERICAN FOUNDRYMEN SOCIETY)
•Redondo
•Sub-angular
•Angular
•Coagulado
Análisis granulométrico
Los tamices mantienen una relación fija. Se utiliza 200 gramos secos. Se
Tamaño de la muestra: 50 gramos
agita aprox. 15 mins.
Contenido en arcilla AFS 5,9 gamos ó 11,3%
Granos de arena: 44.1 gramos ó 88,2%
Núm. equiv.
de la serie
E.U.A.
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
Charola
Total
Cantidad de la muestra
de 50 gramos retenida
en el tamiz
Gramos
Por ciento
ninguno
0
ninguno
0
ninguno
0
ninguno
0
0,2
0,4
0,65
1,3
1,2
2,4
2,25
4,5
8,55
17,1
11,05
22,1
10,9
21,8
9,3
18,6
44,1
68,2
Multiplicador
3
5
10
20
30
40
50
70
100
140
200
300
Producto
0
0
0
0
12
52
120
315
1,71
3,094
4,36
5,58
15,243
Número de finura de grano AFS=Producto total / Porcentaje total=15,243/88,2=173
Determinación de la arcilla
1. Tomar 50 gramos, se seca.
2. Mezcla con 47 cc de agua + 25 cc de
NaOH
3. Se lleva a un agitador eléctrico
Se realiza un lavado:
1. Agitar 5 min y eliminar la solución
utilizando un sifón (hasta 1”).
2. Agregar agua destilada hasta 6” y agitar
5 min.
3. Dejar asentar y eliminar agua utilizando
el sifón
4. Repetir 2 y 3 hasta que el agua salga
clara
5. Se seca, se pesa y se obtiene el % de
arcilla
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