PREGUNTAS DE REPASO 12.1 Describa las consideraciones generales de diseño en la fundición de metales. R.- Las consideraciones generales generales o pasos que se siguen para el diseño de fundición son: 1. Diseñar la parte de manera que la forma pueda fundirse con facilidad. 2. Seleccionar un proceso de fundición y un material apropiado para la parte, tamaño, propiedades mecánicas, etc. Con frecuencia, el diseño d e la parte no es independiente independiente del primer paso dado y se necesita especificar la parte, el material y el proceso de manera simultánea. 3. Localizar la línea de partición del molde en la parte. 4. Localizar y diseñar las compuertas que permitan la alimentación uniforme de la cavidad del molde con el metal fundido. 5. Seleccionar una geometría apropiada del canal de alimentación para el sistema. 6. Localizar las características del molde, como bebederos, filtros y mazarotas, como es apropiado. 7. Asegurar que estén vigentes controles adecuados y prácticas apropiadas. 12.2 ¿Qué son los puntos calientes? ¿Cuál es su significado en la fundición de metales? R.-Se R.-Se refiere al punto caliente a las zonas de la pieza que se funde done hay un cambio de forma brusco, un ejemplo seria la esquina de una figura en forma de “L”, estos
puntos tienden a ser zonas críticas, porque su velocidad de enfriamiento en estas zonas es menor y tienen una mayor probabilidad de agrietamiento 12.3 ¿Qué es la tolerancia por contracción? ¿Qué es la tolerancia de maquinado? R.-Son R.-Son las medidas mínimas de diseño que permiten establecer establecer una norma de dimensionamiento mínimo para la contracción de la pieza metálica plana qu e llegase a fundirse.
12.4 ¿Son necesarios los ángulos de salida en todos los moldes? R.-No necesariamente, se usan casi exclusivamente en moldes de arena para evitar daños posibles al molde 12.5 ¿Cuáles son las fundiciones de metal ligero? ¿Dónde se utilizan generalmente? R.-Se conoce como fundiciones de metal ligero a aquellas fundiciones donde se emplean aleaciones de aluminio o magnesio, se utilizan generalmente usos arquitectónico y decorativo. Una tendencia creciente es su empleo en automóviles, para componentes como monobloques de motores, cabezas de cilindros, múltiples de admisión, cajas de transmisión, componentes de suspensión, ruedas y frenos. Y las fundiciones de magnesio se utilizan generalmente en ruedas automotrices, cubiertas y monobloques de motores enfriados por aire. 12.6 Nombre los tipos de hierros fundidos disponibles y liste sus principales características y aplicaciones. R.- los tipos de hierro gris fundidos son: a. Hierro fundido gris. Las fundiciones de hierro fundido gris tienen relativamente pocas cavidades por contracción y poca porosidad. b. Hierro dúctil (nodular). Generalmente utilizados para partes de máquinas, carcasas, engranes, tubos, rodillos para laminadores y cigüeñales de automóviles c. Hierro fundido blanco. Debido a su extrema dureza y resistencia al desgaste, el h ierro fundido blanco se utiliza principalmente en rodillos para laminadores, zapatas para frenos de carros de ferrocarril y revestimientos en maquinaria para procesar materiales abrasivos. d. Hierro maleable. El hierro maleable se usa principalmente en equipo ferroviario varios tipos de herrajes, accesorios y componentes para aplicaciones eléctricas. e. Hierro de grafito compactado. Tiene propiedades que se encuentran entre las de los hierros grises y dúctiles: los primeros tienen buen amortiguamiento y conductividad térmica, aunque baja ductilidad. 12.7 ¿Por qué los aceros son más difíciles de fundir que los hierros fundidos? ¿Cuál es la consecuencia de esto? R.-Son más difíciles de fundir por su alto punto de fusión (entre 1500 a 1600 °C) lo cual necesita mucha mayor experiencia para el proceso de fundición, además que el acero
es altamente reactivo con el carbono en este punto, todo esto implica una alta dificultad en la selección de los materiales del molde a usar. 12.8 Describa los factores importantes involucrados en la economía de las operaciones de fundición. R.- Entre los factores más importantes para el cálculo de costos de producción de un proceso de fundición tenemos: - costos o empleo de matrices - coste del equipo - coste de la mano de obra También el coste de la fundición reduce considerablemente cuantas más piezas se lleguen a fabricar 12.9 ¿Cuál es la diferencia entre un canal de alimentación y una compuerta? R.- Que en canal de alimentación es una vía de distribución horizontal que acepta metal fundido del bebedero y lo conduce a las compuertas, mientras que las compuertas son las conexiones entre los canales de alimentación y la parte a fundir. 12.10 ¿Cuál es la diferencia entre la tolerancia de maquinado y la tolerancia dimensional? R.- que las tolerancias dimensionales son empleadas en la pieza fundida en bruto como tal, ya ser como tolerancias a la contracción y demás, mientras que la tolerancia de maquinado son las especificaciones mínimas que debe tener los procesos posteriores de mecanizado que se empleen en la pieza ya fundida para darle un mejor acabado. 12.11 Liste las reglas para localizar líneas de partición en fundición. R.- La línea de partición debe colocarse lo más abajo posible (respecto de la fundición) para los metales menos densos (como las aleaciones de aluminio) y localizarse a casi la mitad de la altura para metales más densos (como los aceros). Sin embargo, no se debe permitir que el metal fluya verticalmente, en especial cuando no está restringido por un bebedero. La colocación de la línea tiene un gran efecto en el resto del diseño del molde.
PROBLEMAS CUALITATIVOS 12.12 Describa el procedimiento que seguiría para determinar si un defecto en una fundición es una cavidad por contracción o una porosidad provocada por gases. R.- para poder determinar el efecto que causa la porosidad, se tiene analizar la ubicación y la forma de la cavidad, si la porosidad está cerca de la superficie del molde o del núcleo, lo más probable es que sea porosidad debido al gas, debido a que las burbujas de aire tienden a salir a la superficie. En caso de haber porosidades en algún punto caliente de la pieza, lo más probable es que sea debido a contracción 12.13 Explique cómo haría para evitar el desgarramiento por calor. R.- El desgarro por calor se puede evitar de dos maneras: - cambiar el diseño del molde para disminuir el esfuerzo de tracción que surge a la contracción durante la solidificación. - cambiar la composición del molde, de manera que el molde y el núcleo se desplieguen durante la presión resultante producto del encogimiento. 12.14 Describa su observación respecto de los cambios de diseño mostrados en la figura 12.1. R.- lo que se pudo observar es que, para evitar cualquier tipo de aparición de cavidades en la pieza, se trata de emplear formas que no tengas esquinas muy bruscas, tratando de cambiar estas por figuras más circulares, además de así se evitan los puntos calientes. Otra observación que se concluyo es que cuando la pieza tiene un cambio brusco de forma o cuando la forma de la pieza llegara a tener una intersección tipo cruz, se generan cavidades en el centro de estas descripciones. 12.15 Si sólo necesita unas cuantas fundiciones del mismo diseño, ¿cuál de los tres procesos sería el más costoso por fundición de pieza? R.- La fundición a presión, la fundición del molde de la cáscara, y la fundición centrífuga serían los tres más costosos procesos por pieza porque estos procesos implican altos costos de equipo y un alto grado de automatización. Ambos factores requieren grandes carreras de producción para justificar su alto costo y su producción en masa.
12.16 En lo general, ¿está de acuerdo con los valores de los costos de la tabla 12.6? Si es así, ¿por qué? R.- No, debido a que estos valores solo se ajustan a gastos iniciales, además que ciertos costos van variando según la cantidad de producción que una fundidora llegue a tener. 12.17 Agregue más ejemplos a los mostrados en la figura 12.2. R.- Se puede presentar una amplia variedad de ejemplos potenciales. La consideración principal está manteniendo un espesor de sección uniforme y eliminando esquinas para evitar puntos calientes 12.18 Explique de qué manera son útiles las costillas y serraciones en la fundición de superficies planas que de lo contrario se podrían distorsionar. Proporcione una ilustración específica. R.- Debido a las grandes variaciones de temperatura que pueden desarrollarse a lo largo de superficies planas durante el enfriamiento, la deformación puede ser un problema. El diseño de un molde con costillas y serraciones puede reducir este efecto y resultan en una fundición de mayor calidad y de menor cantidad de defectos. 12.19 Describa la naturaleza de los cambios de diseño realizados en la figura 12.3. ¿Qué principios generales observa en esta ilustración? R.- a) En esta figura el diseño "pobre" daría lugar a una pared muy delgada junto al agujero Puede dar lugar a un fallo potencial por fractura, mientras que el diseño "bueno" elimina esta delgada pared. b) un área plana grande puede no ser aceptable debido a defectos de porosidad y fracturas por contracción. La superficie se puede hacer mucho más estéticamente agradable incorporando costillas o serraciones. c) una curvatura hace la pieza mucho más fácil de fundir; la probabilidad de una porosidad en esquina se reduce y se mejora la integridad del molde. d) El diseño "deficiente" es difícil de mecanizar en un dado; el bueno" diseño es mucho más fácil de producir e) el diseño "pobre" requiere un filo afilado en el dado, lo que podría reducir el tiempo de vida del dado. El diseño "bueno" elimina la necesidad de un borde de cuchillo en el dado.
f) al moldear insertos roscados en su lugar, es una buena práctica tener una longitud del vástago expuesto antes de la sección roscada para que el metal fundido no interfiera los hilos y con su función 12.20 En la figura 12.4, observe que la ductilidad de algunas al eaciones para fundición es muy baja. ¿Cree que esto debe ser una preocupación importante en aplicaciones de ingeniería de fundiciones? Explique su respuesta. R.- La baja ductilidad de algunas aleaciones fundidas mostradas en la figura ciertamente debe tomarse en consideración en las aplicaciones de ingeniería de la fundición. La baja ductilidad afecta a propiedades tales como tenacidad la vida útil antes de llegar al límite de fatiga. Esto es particularmente significativo en aplicaciones donde la aleación es sometida a fuerzas de impacto. 12.21 ¿Cree que habrá menos defectos en una fundición realizada mediante vaciado por gravedad que en una efectuada por vaciado a presión? Explique su respuesta. R.- Cuando se aplica una presión externa, defectos tales como porosidad producida por gas, mal acabado superficial y la porosidad superficial se reduce o se e limina. Dado que el vertido por gravedad no ejerce tanta presión como vertido bajo presión, el vertido por gravedad generalmente producirá más defectos. 12.22 Explique la diferencia en la importancia de los ángulos de salida en la fundición en arena verde respecto de la fundición en molde permanente. R.- El esbozo se proporciona en un molde para permitir la eliminación del patrón del molde sin dañando el molde. Si el material del molde es arena y el patrón no tiene calado, la cavidad del molde puede dañarse al retirar el patrón debido a la baja resistencia del molde de arena. Sin embargo, una matriz hecha de acero de alta resistencia no es probable que se dañe durante la parte; por lo tanto, se pueden emplear ángulos de tracción más pequeños 12.23 ¿Qué tipo de hierro fundido sería apropiado para bastidor de máquinas pesadas, como imprentas y máquinas herramientas? ¿Por qué? R.- Debido a su resistencia alta y su excelente capacidad de moldeo, un hierro fundido gris perlítico sería el más adecuado para esta apl icación. Como no se requiere ductilidad significativa para esta aplicación, la baja ductilidad de los hierros grises es de poca importancia. Una ventaja adicional importante es la capacidad de amortiguación de estos hierros fundidos, especialmente para máquinas herramienta
12.24 Explique las ventajas y limitaciones de los filetes agudos y redondeados, respectivamente, en el diseño de una fundición. R.- Las esquinas y los filetes deben ser evitados en el diseño de fundición debido a su tendencia a causar fisuración y desgarro de la colada durante la solidificación. Los radios de los filetes deben ser lo suficientemente grandes para evitar concentraciones de tensión y lo suficientemente pequeñas para evitar puntos calientes que pueden causar cavidades de contracción en la colada 12.25 Explique por qué varía tanto el módulo elástico (E ) del hierro fundido gris, como se muestra en la tabla 12.4. R.- Debido a que la forma, tamaño y distribución de la segunda fase, es decir, las escamas de grafito varían en gran medida para los hierros fundidos grises, hay una variación correspondiente grande de propiedades alcanzables. El módulo elástico es una propiedad que se ve afectada por este factor 12.26 ¿Por qué las mazarotas no son tan útiles en la fundición a presión en matriz como en la fundición en arena? R.- Las razones principales son el tamaño de las piezas de yeso típicas y los tiempos de solidificación involucrados. La pieza de dado fundidas generalmente tiene secciones más pequeñas que las piezas fundidas en arena; un tubo vertical utilizado en la fundición no proporciona metal fundido a la fundición debido a que las secciones delgadas se solidifican y bloquean el flujo de metal fundido hasta el resto del molde. Las velocidades de solidificación también son importantes; para proporcionar metal fundido a la forma colada, los caudales tienen que ser muy altos debido a que la fundición se solidifica tan rápidamente. Por lo tanto, incluso si se proporciona un tubo ascendente en una pieza moldeada a presión, la presión es insuficiente para que el metal fundido fluya donde se necesita. 12.27 Describa las desventajas de tener una mazarota (a) muy grande o (b) muy pequeña. R.- (a) El material en el tubo ascendente es eventualmente desechado y reciclado, representando un material pérdida; (b) el tubo ascendente tiene que ser retirado, y un elevador más grande costará más a la máquina;
(c) un elevador muy grande aumenta el tiempo de solidificación; (d) el elevador puede interferir con la solidificación en otra parte de la colada; y (e) el metal fundido adicional puede causar fuerzas de flotación suficientes para separar las mitades del molde a menos que estén correctamente ponderados o sujetos. Los inconvenientes de tener un montante demasiado pequeño están asociados principalmente con defectos en la colada, ya sea debido a una alimentación insuficiente de metal líquido para compensar la contracción por solidificación, y el desarrollo de poros de contracción debido a que el frente de solidificación no es uniforme. 12.28 ¿Por qué las mazarotas ciegas pueden ser más pequeña que las mazarotas abiertas? R.- Los elevadores se usan como depósitos para una colada en regiones donde se espera que se produzca la contracción, es decir, las áreas que son las últimas en solidificarse. Por lo tanto, las columnas deben estar lo suficientemente que son los últimos en solidificarse. Si una columna se solidifica antes de que la parte (es para alimentar) lo haga, es inútil. Por consiguiente, un tubo vertical abierto (que está en contacto con el aire) debe ser más grande para asegurarlo no se solidificará primero. Una riser ciega es menos propensa a este fenómeno, ya que está en contacto con el molde en todas las superficies. Por lo tanto, es más lento para enfriarse, ya que el molde aumenta la temperatura y el tubo vertical se puede situar en un área que se enfríe más lentamente; por lo tanto, un elevador ciego puede ser hecho más pequeño. 12.29 Si fuera a incorporar letras o números en una parte fundida en arena, ¿las resaltaría sobre la superficie o las inscribiría dentro de ella? ¿Qué pasa si la parte se produjera mediante fundición por revestimiento? Explique su respuesta. R.- La respuesta depende del proceso de fundición utilizado. En ambos procesos, las letras son comúnmente mecanizado, y es más fácil mecanografiar letras empotradas. En la colada de arena, se mecanizado; las letras empotradas del patrón producirán moldes de la arena de las letras que sobresalen. Las partes tendrán entonces letras empotradas. En el casting de inversión, el molde será mecanizado directamente; las partes tendrán entonces letras sobresalientes.
12.30 Las recomendaciones generales de diseño para un pozo en una fundición en arena (ver fig. 11.3) son: (a) que su diámetro sea por lo menos dos veces el diámetro de salida del bebedero, y (b) que su profundidad sea casi dos veces la profundidad del canal de alimentación. Explique las consecuencias de no apegarse a estos lineamientos. R.- (a) Con respecto a esta regla, si el diámetro del pozo es mucho menor que el doble del diámetro de salida, entonces el líquido no llenará el pozo, y la aspiración del metal fundido resultará. Si el diámetro es mucho mayor que el doble del diámetro de salida, el metal puede solidificarse en el pozo debido a más tiempo allí. (b) Si la profundidad del pozo no es mayor que la del corredor, el metal turbulento que primero salpicado en el pozo es alimentado inmediatamente en la fundición, llevando a la aspiración y defectos Si la profundidad es mucho mayor, entonces el metal líquido permanece demasiado largo en el pozo y por lo tanto puede solidificarse prematuramente. 12.31 Comúnmente, las regiones pesadas de las partes se colocan en el molde inferior de la fundición en arena y no en el molde superior. Explique las razones. R.- Las partes pesadas se colocan en el arrastre para que la fuerza de flotación en él se reduce. Si la fuerza de flotación llega a ser lo suficientemente alta, la capa puede separarse de la arrastrar, lo que resulta en flash excesivo en la colada. Esto requiere costosas operaciones de remoción tales como mecanizado o recorte. PROBLEMAS CUANTITATIVOS 12.32 Al diseñar modelos para fundición, los fabricantes utilizan reglas especiales que incorporan automáticamente tolerancias para la contracción de los sól idos en sus diseños. Por ejemplo, la regla de 12 pulgadas de un fabricante de modelos es mayor a un pie. ¿Cuán larga debe ser la regla de un fabricante a fin de hacer modelos para (a) fundiciones de aluminio, y (b) acero con alto contenido de manganeso? R.- Con referencia a la Tabla 12.1 en la pág. 326, observamos que la tolerancia de retracción para los dos metales es: (a) aleación de aluminio = 1,3% y (b) acero con alto contenido de manganeso = 2,6%. De la fórmula abajo, Lf = Lo (1 + encogimiento) encontramos que para el aluminio tenemos
Lf = (12.000) (1.013) = 12.156 pulg. y para el acero de alto manganeso Lf = (12.000) (1.026) = 12.312 pulg.
12.33 Utilizando los datos proporcionados en la tabla 12.2, grafique diagramas aproximados de (a) capacidad de fundición contra soldabilidad, y (b) capacidad de fundición contra maquinabilidad para al menos cinco de los materiales incluidos en la tabla. R.-
