DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
Tecn ol og í a d e lo s Materi ales ING. ING. Gabriel Gabriel Oro zco Informe de la Práctica de Laboratorio Fundición General
Autores: Paul Quimbiamba Jessica Tapia Sangolquí, 16, 12, 2013
Introducción El Proceso de Fundición Los procesos de fundición se pueden clasificar según el tipo de molde que utilicen: moldes permanentes o moldes desechables. Los procesos de molde desechable implican que para sacar la pieza fundida se debe destruir el molde que la contiene, haciendo de este un proceso con velocidades de producción bajas. Gran parte del tiempo de fabricación se destina a realizar el molde y el tiempo de fundición es relativamente bajo en comparación con el de moldeo. En los procesos de fundición en molde permanente, el molde esta fabricado en un material duro como el metal o la cerámica que permite usarlo repetidas veces; el poder reutilizar el molde permite que el tiempo de producción sea mas bajo que en los procesos de molde desechable.
Objetivos Objetivo General Entender previamente el proceso de fundición, en todas sus etapas, como diseño, moldeo, colado y demás con el fin de sacar conclusiones de los mismo.
Objetivos Específicos
Analizar todos los pasos en la preparación de los moldes, y sacar conclusiones de los mismos. Analizar los parámetros que influyen en la fabricación en los moldes ya sea parámetro de defecto y/o ventaja. Analizar todo los parámetros de la fundición, en si ya sean , colado , maquinado superficial y entre otros
MARCO TEORICO: PROCESOS DE FUNDICION La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional es crítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes.
Proceso Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal liquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición. Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal. Se requiere tiempo para completar este cambio de fase porque es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:
El desbaste del metal excedente de la fundición. La limpieza de la superficie. Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades. Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias toleranc ias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la microestructura metalúrgica asociada.
Los procesos de fundición se pueden clasificar según el tipo de molde que utilicen: moldes permanentes o moldes desechables. Los procesos de molde desechable implican que para sacar la pieza fundida se debe destruir el molde que la contiene, haciendo de este un proceso con velocidades de producción bajas. Gran parte del tiempo de fabricación se destina a realizar el molde y el tiempo de fundición es relativamente bajo en comparación con el de moldeo. En los procesos de fundición en molde permanente, el molde esta fabricado en un material duro como el metal o la cerámica que permite usarlo repetidas veces; el
poder reutilizar el molde permite que el tiempo de producción sea mas bajo que en los procesos de molde desechable.
FUNDICIÓN EN MOLDES DESECHABLES
FUNDICIÓN EN ARENA Generalidades El trabajar con arena permite trabajar metales con altos puntos de fundición como el acero y el níquel. El proceso general de la fundición en arena comienza con la fabricación del modelo de la pieza a fundir, luego este modelo se coloca entre la arena para generar una cavidad negativa y se ubican los sistemas de alimentación que guiaran el metal fundido hacia las cavidades del molde. Una vez el metal se solidifica al interior de la cavidad, se destruye el molde y se extrae la pieza terminada; si se requiere se puede realizar el proceso de tratamiento térmico a la pieza fundida o realizar los procesos adicionales de acabados y controles necesarios. El siguiente es un esquema que muestra de forma esquemática el proceso de fundición en arena:
Modelos para fundición en arena.
Los modelos para fundición en arena serán los encargados de generar la cavidad en la arena para posteriormente fundir el metal en ella. El tamaño de los modelos debe contemplar los valores de contracción del metal fundido y los excesos de material para procesos de maquinados posteriores. La selección del material para el modelo dependerá de factores como: tamaño y forma de la fundición, precisión dimensional y la cantidad de ciclos que se quiera utilizar el modelo. En la siguiente tabla se aprecian características de diferentes materiales para ser usados como modelos.
La superficie del modelo puede ser recubierta por agentes separadores que permitan un fácil desmolde del modelo en la arena.
Clasificación de los Modelos para fundición en arena Modelos de una sola pieza También llamados modelos sólidos, tienen la misma forma que el producto y un extra de material para contrarrestar la contracción del material y los procesos de maquinados posteriores. Se utilizan para piezas simples y producción de bajas cantidades.
Modelos divididos. Son modelos en dos piezas donde cada una de las piezas forman cada una de las mitades de la cavidad. El plano donde se parten las piezas del modelo coincide con el plano de partición del molde usado para la fundición. Se obtienen formas más complejas, menores tiempos para el moldeo y mayores
cantidades de producción.
Placas Modelo. Este procedimiento se utiliza para volúmenes de producción mayores. En este los modelos partidos se adhieren a una placa de acoplamiento; la placa cuenta con guías para lograr hacer coincidir las mitades que harán las cavidades en la arena. En ocasiones las placas modelo cuentan con partes como los sistemas de vaciado, canales o mazarotas.
Arena. Para los procesos de fundición en arena se utiliza arena de sílice (SiO2), debido a su economía y resistencia a altas temperaturas. Uno de los factores más importantes en la selección de la arena es el tamaño del grano. Los granos finos permiten un mejor a acabado superficial de la cavidad y así de la pieza; sin embargo los granos finos reducen la permeabilidad del molde. Para lograr una forma estable y mejorar la resistencia del molde la arena se mezcla de forma homogénea con bentonita la cual funciona como aglutinante. Durante el proceso se tamiza la arena, de tal forma que la arena mas fina es la que entra en contacto con el modelo y la arena mas gruesa da el cuerpo al molde y permite la salida de gases. También se pueden agregar resinas o aglutinantes orgánicos o inorgánicos a la arena para darle mayor resistencia durante el proceso de fundición.
El molde. Los componentes principales de un molde para fundición en arena son:
El molde esta soportado por una caja de moldeo: existe un molde superior e inferior, y la unión entre los dos forma la línea de partición. El bebedero es el conducto que recibe el metal y lo lleva hacia el interior del molde; el extremo del bebedero tiene forma de cóno para facilitar el proceso de verter el metal fundido.
La mazarota es una cavidad que se llena de metal fundido y suministra el metal adicional necesario para contrarrestar el proceso de contracción durante la solidificación del metal. Los canales de llenado llevan el metal fundido desde la mazarota hasta la cavidad del molde. Los insertos hechos en arena que permiten generar cavidades huecas dentro de la pieza fundida reciben el nombre de corazones. En ocasiones requieren de sujetadores para permanecer en la posición adecuada durante el proceso de verter el metal líquido.
Los respiraderos tiene como función permitir el flujo hacia el exterior del aíre y gases que se acumulan durante el proceso de fundición en el interior del molde. Permiten que se realice un buen proceso de llenado de la cavidad.
EQUIPO NECESARIO: -
Cajas de moldeo. Arena especial. especial.
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Bebederos y mazarotas.
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Polvos separadores.
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Aleación de Al
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Modelos.
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Hornillo de gas.(donde se fundirá la aleación)
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Guantes aislantes de protección.
PROCEDIMIENTO PASO 0: Procedemos a diseñar nuestros modelos de fundición, en el cual hemos escogido una pieza de
escultura de alto relieve “Simón Bolívar”
AKI PONES LA FOTO DEL MODELO
PASO 1: Preparar los moldes sobre una superficie lisa. Si no se dispone de los moldes, se pueden realizar en una práctica sencilla previa. Se trata de unos moldes de madera o de aluminio cuadrados parecidos a unos cajones sin fondo, como se puede observar en la siguiente figura:
PASO 2: Introducir el modelo elegido en el interior de uno de los moldes (aproximadamente en el centro). Echarle unos pocos polvos separadores por encima al modelo para evitar que luego al quitarlo se lleve arena adherida a él:
PASO 3:
Rellenar este primer molde con la arena, haciendo presión sobre la misma para que cubra bien los posibles huecos y detalles que presente el modelo. Una vez que lo tenemos lleno al ras y bien apelmazado, le damos la vuelta, dejándolo boca arriba:
Paso 4: Echar polvos separadores ahora por esta cara del modelo por el mismo motivo que antes. Colocar por los cuatro lados del modelo una especie de topes metálicos (esto ayudará a que el modelo no se desplace durante las operaciones que estamos realizando). Además, dos de ellas se retirarán posteriormente porque servirán de conducto para el metal fundido a través del bebedero y la mazarota. Colocar los trozos de madera que nos servirán para modelar los orificios correspondientes al bebedero (por donde entrará el metal fundido) y a la mazarota (por donde saldrá el aire).
Paso 5:
Colocar el otro molde encima (perfectamente alienado).Rellenar ejerciendo presión sobre la arena hasta que quede al ras.
PASO 6: Una vez fundido el metal en los hornos en este caso Al, verter en uno de los orificios del molde, espere un tiempo, hasta que el metal se enfrié.
PASO 7: Retirar el molde, dando pequeños golpes, extraer la pieza si es posible usar una pinza. Si se tiene al alcance usar agua para enfriarla.
Paso 8: La pieza aparecerá con dos extremidades correspondientes al bebedero y a la mazarota. Ambos se deben arrancar o cortar y rematar la superficie de esos dos puntos con un tratamiento de limado.
PASO 9: Llegados a este punto ya tendríamos nuestra pieza. Ahora tan solo nos queda limpiar y recoger todos los materiales. Recordar que todo se puede volver a utilizar (los moldes, la arena, los trozos de fundición sobrantes, etc.).
RESULTADOS OBTENIDOS Y JUSTIFICACION. La pieza obtenida como se puede ver es una escultura de alto relieve, en la cual, esta hecha de una aleación de aluminio, posee algunos defectos de fundición como son porosidades, en la cual ocurre por defectos en la arena de moldeo, posee algunos defectos producidos por el maquinado con el esmeril.
GRAFICOS/ANEXOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Paul Quimbiamba
El modelo que se usó fue hecha de aluminio, la cual al ser diseñada tenia algunas contrasalidas que obviamente debían ser rectificadas para que al momento de extraer el modelo no se quede la arena adherida allí. Para rectificar las contrasalidas se tuvo q lijar las mismas en forma de cono y posteriormente aplicar macilla para facilitar la extracción del molde y disminuir las fallas en la fundición. Mi pieza, particularmente, particularment e, cabía cabía justo en la caja de moldeo por lo cual a la parte inferior de las alas (modelo) no llegaba la suficiente arena para que se moldeen correctamente, por lo cual Elvis, el jefe de taller, me recomendó que al momento de extraer el modelo coloque cuidadosamente con la espátula un poco de arena para darle forma a las alas para que por ahí no se derrame material. Se recomienda usar cajas de algunos centímetros más grandes que el molde para que al momento de moldear la arena cubra cada uno de los detalles del perfil. Los bebederos se deben colocar en en lugares que facilite el desbarbado, en la pieza que realice Elvis me dijo que no hay problema de colocar los bebederos en los ángulos pero eso se debe a la experiencia que el tiene, pues verdaderamente si tuve dificultad al cortar los residuos. Luego de extraer la pieza se debe observar cuidadosamente como quedo el negativo del modelo en la arena y corregir las fallas si es posible, para que no exista demasiada de las mismas y así estas persistan cuando ya se realice el colado del material.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Tecnología Industrial McGraw-Hill Companies
