desarrollo de un laboratorio de fundiciÓn juan pablo
TRANSCRIPT
DESARROLLO DE UN LABORATORIO DE FUNDICIÓN
JUAN PABLO CÓRDOBA BARRERO
Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero
Mecánico
Asesor: Jaime Loboguerrero Uscátegui I.M.Ph
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA
SANTAFÉ DE BOGOTÁ
2005
AGRADECIMIENTOS
Quiero expresar mis más sinceros agradecimientos a Jaime Loboguerrero
Uscátegui por su colaboración durante el desarrollo del proyecto
A todas aquellas personas que me han brindado su apoyo durante mi desarrollo
como estudiante de pregrado.
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN___________________________________________ 1
1. TALLER DE FUNDICIÓN __________________________________ 2
1.1. Edificación ______________________________________________2
1.2. Condiciones de Terreno ____________________________________2
1.3. Iluminación _____________________________________________3
1.4. Ventilación______________________________________________3
1.5. Distribución de hornos y cubilotes ____________________________4
1.6. Herramientas del taller de fundición __________________________5
1.7. Cajas de moldeo__________________________________________5
2. LA ARENA DE MOLDEO___________________________________ 8
2.1. Propiedades de la arena de moldeo ___________________________8 2.1.1. Plasticidad________________________________________________________ 8 2.1.2. Contenido de humedad ____________________________________________ 9 2.1.3. Permeabilidad ___________________________________________________ 10 2.1.4. Resistencia ______________________________________________________ 11 2.1.5. Refractabilidad __________________________________________________ 12 2.1.6. Tamaño de grano_________________________________________________ 13 2.1.7. Vida útil _________________________________________________________ 14 2.1.8. Propiedades químicas ____________________________________________ 14
2.2. Composición de la arena de moldeo__________________________15 2.2.1. Arena base ______________________________________________________ 15 2.2.2. Arcillas __________________________________________________________ 16 2.2.3. Componentes adicionales de la arena ______________________________ 17
2.3. Preparación de la arena de moldeo __________________________18
2.4. Almacenamiento, manejo y recuperación de la arena de moldeo____19 2.4.1. Almacenamiento y manejo de la arena _____________________________ 19 2.4.2. Recuperación de las arenas de moldeo _____________________________ 20
2.5. Proceso de moldeo_______________________________________22
3. HORNO DE FUNDICIÓN _________________________________ 25
3.1. Descripción del horno ____________________________________26
3.2. Funcionamiento del horno _________________________________26
4. ESTADO INICIAL DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN__________ 30
4.1. Área destinada para el laboratorio___________________________30
4.2. Estado inicial del horno Degussa ____________________________32
4.3. Elementos para la fundición________________________________33
5. REACONDICIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN___ 35
5.1. Adecuación del área destinada______________________________35 5.1.1. Instalación eléctrica ______________________________________________ 36 5.1.2. Instalación tubería agua y aire ____________________________________ 36 5.1.3. Instalación tubería de gas_________________________________________ 37 5.1.4. Ventilación del laboratorio ________________________________________ 38
5.2. Reacondicionamiento del horno Degussa _____________________39 5.2.1. Instalación eléctrica del soplador __________________________________ 40 5.2.2. Instalación tubería de gas para el horno____________________________ 40 5.2.3. Mantenimiento cámara principal___________________________________ 41 5.2.4. Herramientas del horno___________________________________________ 43
5.2.4.1. Manijas válvulas de aire ________________________________________ 43 5.2.4.2. Pinza para puertas _____________________________________________ 43 5.2.4.3. Tapa superior cámara principal __________________________________ 44
5.3. Herramientas para el laboratorio de fundición__________________45 5.3.1. Cajas de moldeo _________________________________________________ 45 5.3.2. Tamices para arena_______________________________________________ 46 5.3.3. Crisol ___________________________________________________________ 47 5.3.4. Pinza sujetadora de crisol _________________________________________ 48 5.3.5. Vertedera _______________________________________________________ 50 5.3.6. Apisonador ______________________________________________________ 51 5.3.7. Palustre y Espátula _______________________________________________ 52 5.3.8. Pinza para herrería _______________________________________________ 52
5.4. Equipo de seguridad______________________________________53
6. GUIA DE PROCEDIMIENTOS PARA LA FUNDICION DE UNA PIEZA DE ALUMINIO ______________________________________________ 55
6.1. Recomendaciones iniciales ________________________________55
6.2. Preparación de la arena ___________________________________55
6.3. Elaboración del molde ____________________________________56
6.4. Colocar el crisol dentro de la cámara principal__________________59
6.5. Encendido del horno _____________________________________60
6.6. Comprobar temperatura y estado del metal____________________64
6.7. Extracción del crisol del horno ______________________________64
6.8. Transferencia del crisol a la vertedera ________________________65
6.9. Colada ________________________________________________66
6.10. Desmoldeo ___________________________________________67
6.11. Recomendaciones finales ________________________________67
7. CONCLUSIONES_______________________________________ 69
8. BIBLIOGRAFÍA________________________________________ 70
9. ANEXOS. PLANOS DE LOS ELEMNETO DISEÑADOS Y CONSTRUIDOS PARA EL LABORATORIO DE FUNDICIÓN _______________________ 71
TABLA DE ILUSTRACIONES
Figura 3. 1 Horno Degussa .................................................................... 25
Figura 3. 2 Elementos Horno Degussa................................................... 28
Figura 3. 3 Interior Horno Degussa ....................................................... 29
Figura 4. 1 Exterior cuarto designado para el laboratorio de fundición 30
Figura 4. 2 Estado inicial laboratorio del interior del cuarto ................. 31
Figura 4. 3 Fosa para preparación de moldes ........................................ 32
Figura 4. 4 Estado inicial del interior del horno Degussa. ..................... 33
Figura 5. 1 Instalación eléctrica ............................................................ 36
Figura 5. 2 Instalación agua y aire ........................................................ 37
Figura 5. 3 Instalación de la tubería de gas.......................................... 38
Figura 5. 4 Ventilación........................................................................... 39
Figura 5. 5 Switch trifásico para el horno Degussa ............................... 40
Figura 5. 6 Instalación tubería para gas del horno Degussa ................. 41
Figura 5. 7 Reconstrucción interior del horno Degussa......................... 42
Figura 5. 8 Pinza para la manipulación de las puertas del horno Degussa
................................................................................................................ 44
Figura 5. 9 Tapa superior del horno Degussa ......................................... 45
Figura 5. 10 Cajas de moldeo ................................................................. 46
Figura 5. 11 Tamiz para arena................................................................ 47
Figura 5. 12 Crisol en grafito en forma normal....................................... 48
Figura 5. 13 Pinza sujetadora del crisol.................................................. 49
Figura 5. 14 Vertedera............................................................................ 50
Figura 5. 15 Apisonador.......................................................................... 51
Figura 5. 16 Palustre y Espátula ............................................................. 52
Figura 5. 17 Pinza para herrería ............................................................. 53
Figura 6. 1 Llenado de la caja................................................................ 57
Figura 6. 2 Apisonar............................................................................... 57
Figura 6. 3 Crisol en horno .................................................................... 60
Figura 6. 4 Puertas abiertas .................................................................. 61
Figura 6. 5 Válvulas cerradas................................................................. 61
Figura 6. 6 Encendido del Horno............................................................ 62
Figura 6. 7 Válvula de Aire..................................................................... 62
Figura 6. 8 Metal en Crisol ..................................................................... 63
Figura 6. 9 Extracción del crisol............................................................. 65
Figura 6. 10 Transferencia a vertedera .................................................. 66
Figura 6. 11 Colada................................................................................. 67
RESÚMEN
El documento está dividido en cinco etapas básicas que permiten describir el
proceso completo para el desarrollo de un taller de fundición; La primera está
relacionada con las condiciones, espacio y sitio adecuado para el desarrollo de este
laboratorio; la segunda parte presenta las cualidades y propiedades de los
elementos requeridos en el proceso y la elaboración de los respectivos moldes; la
tercera etapa describe el funcionamiento del horno; continúa con el estado inicial
del laboratorio y elementos existentes para el proceso de la fundición; luego las
herramientas diseñadas y los cambios que tuvieron que hacerse para su
reacondicionamiento, al igual que los requerimientos en cuanto a equipos que les
permita garantizar el bienestar y la seguridad de los trabajadores. Por último se
presenta la parte correspondiente al tema específico de la fundición y los
resultados finales del proceso en mención.
IM-2005-I-10
1
INTRODUCCIÓN
En el presente documento quedan plasmados los resultados obtenidos luego de un
juicioso estudio y desarrollo de un laboratorio de fundición de metales con un bajo
punto de fusión como es el Aluminio. Este tema fue escogido por la importancia
que representa uno de los procesos de manufactura más antiguos y que sigue
teniendo una alta importancia en el desarrollo de las distintas ramas de nuestra
industria.
Esta experiencia permitió identificar cada uno de los pasos necesarios para lograr
el proceso que exige la fundición de metales, a partir de la misma decisión de
dónde ubicar un espacio adecuado, pasando por la aplicación de la metodología
para la elaboración de los moldes a utilizar y la determinación del material que se
quiere transformar hasta obtener el nuevo producto. Cada uno de estos pasos
aclara y afianzan los conocimientos básicos obtenidos a través de la teoría, y de los
fundamentos que la soportan.
Es importante mencionar que el laboratorio de fundición quedará a disposición de
la Universidad de los Andes y por ello quedará ubicado en el Centro de
Innovaciones Tecnológica (CITEC), por lo cual servirá como herramienta de trabajo
para quienes decidan utilizarlo.
IM-2005-I-10
2
1. TALLER DE FUNDICIÓN
Para poder realizar el proceso de la fundición es importante tener en cuenta ciertos
elementos que hacen parte de ella y así obtener mejores resultados. Se han
resaltado a continuación ciertos elementos relevantes que se deben tener en
cuenta al elaborar un taller de fundición.
1.1. Edificación
Al momento de elaborar un laboratorio de fundición, es de vital importancia
escoger adecuadamente el lugar del mismo y hacer una buena edificación, pues
las que han sido instaladas en áreas o locales que no son construidos con este
objetivo suelen presentar como consecuencia bastantes inconvenientes al
momento de hacer la práctica. Cuando se decide realizar una construcción nueva,
se deben revisar detenidamente los planos y tratar de cambiar impresiones con
personal profesional y así escoger la opción más favorable y construir una
edificación adecuada para nuestras necesidades.
1.2. Condiciones de Terreno
En muchos de los casos donde hay una instalación de fundición, la parte mas
importante al momento de hacer la planeación del proyecto es la elección del
terreno, el cual tiene que ser bastante seco. Se deben hacer sondeos para
comprobar a que profundidad afluye el agua, según los trabajos de fundición que
se vayan a realizar en el taller, y dependiendo del tipo de trabajo la profundidad
deberá ser mayor o menor. Un taller de fundición que este dedicado a fundir
piezas de tamaños considerablemente grandes, que hacen que las fosas para
IM-2005-I-10
3
fundirlas sean imprescindibles, exige que el agua se encuentre a bastante
profundidad, de lo contrario el terreno será inapropiado para este tipo de trabajo.
Cuando se escoge un terreno húmedo para realizar la práctica de la fundición
puede que como resultado se obtengan algunas piezas defectuosas e inservibles.
Si se tiene un terreno húmedo, éste puede ocasionar problemas al momento de
hacer una pieza ya que al realizar un molde y dejarlo sobre el terreno húmedo,
dicho molde empieza a sentir los efectos de la humedad produciendo piezas
imperfectas. Por estas razones, se sobreentiende que cuanto más seco esté el
terreno donde deseemos instalar el taller de fundición, mejores piezas se
obtendrán.
1.3. Iluminación
El taller de fundición debe estar bien dotada de bastante luminosidad, una muy
buena luz natural. En lo posible se dispondrá del mayor número de ventanas en la
parte superior del taller procurando que el sol no moleste directamente a los
trabajadores y que no seque los moldes que no se han terminado. Un taller de
fundición que posea poca luz, hace el trabajo desagradable y en muchas ocasiones
puede que sea una de las causas por las cuales el operario no rinda lo necesario y
se produzcan piezas defectuosas.
1.4. Ventilación
Uno de los elementos mas importantes en el taller de fundición es la ventilación,
sobretodo en las fundiciones donde se trabajan diferente tipo de metales ya que
desprenden muchos gases que en ocasiones son perjudiciales para la salud de los
operarios. En algunas edificaciones donde no existe una buena ventilación, los
IM-2005-I-10
4
operarios se ven obligados a salir a los patios por no poder resistir el cambio en el
ambiente, debido a los gases que los metales botan al momento de su fundición.
De este modo, se puede decir que es antieconómico no tener una buena
ventilación, por las constantes paralizaciones de trabajo cuando los operarios
deben salir a tomar aire. Actualmente en las instalaciones modernas y de gran
magnitud, los hornos de fundición, la preparación de arenas y todos los sitios en
general donde se produzcan gases y polvos, tienen instaladas evacuaciones
automáticas que evitan las molestias en los trabajadores y hacen del sitio de
trabajo un lugar más agradable.
El humo que produce la leña al encenderla ya sea para secar moldes o para secar
cucharas también es incomodo para los operarios y puede entorpecer su trabajo.
La solución mas acertada para secar los moldes sin molestias de este tipo, es
utilizar estufas adecuadas de choque, y para secar las cucharas se pueden utilizar
mecheros de gas, los cuales son muy efectivos y no producen el humo molesto
que la leña puede producir. En muchas de las industrias es conveniente utilizar los
gases que salen de los altos hornos para secar los moldes y las cucharas; de esta
forma se evita el costo de la leña.
Es importante tener en cuenta que al momento de hacer los planos para una
edificación, se deben tener puertas de tamaño considerable para la entrada y
salida tanto de camiones como de piezas fundidas.
1.5. Distribución de hornos y cubilotes
Tanto los hornos como los cubilotes deben estar próximos, unos al lado de los
otros, para aprovechar el área desperdiciada alrededor de ellos. Es conveniente
IM-2005-I-10
5
separar distinto tipo de actividades que pueden perjudicarse mutuamente. Por
ejemplo, la limpieza y acabado de las piezas fundidas debe hacerse en un lugar
distinto al de la fundición para que los operarios encargados de los moldes no se
vean incomodados por el polvo.
1.6. Herramientas del taller de fundición
Se debe tener presente que cuanto más y mejor herramienta se tenga en el taller
de fundición mayor será el rendimiento. Es indispensable tener un muy buen
número de herramientas de todos los tipos y para todas las necesidades, como por
ejemplo, cajas de diferentes especificaciones, linternas, balancines, calderos de
diferentes tamaños, una gran variedad de cucharas de fundir, máquinas para la
preparación de arenas y limpieza de piezas, etc.
Si el taller de fundición se dedica a trabajos con moldes secos y verdes, es
necesario separarlos de los demás talleres para que no haya posibilidad de que las
arenas se mezclen.
En la práctica del moldeo es necesario herramientas para el alisado de moldes;
para dichos oficios se utilizan las paletas, las espátulas, los ganchos, los alisadores
de esquinas, etc. Es necesario contar con buenas reglas, escuadras, niveles y
plomadas
1.7. Cajas de moldeo
Las cajas de moldeo representan tal importancia para la fundición que de ellas
puede depender el buen rendimiento y economía del taller. Es necesario contar
con una buena cantidad de cajas de moldeo y con dimensiones diversas con el fin
IM-2005-I-10
6
de cubrir cualquier necesidad al momento de emplearlas. Los tipos de caja que
tienen una mayor aplicación en el mercado son las de forma cuadrada, ya que casi
todos los trabajos nuevos se pueden adaptar a este tipo de cajas. En el taller de
fundición se debe procurar que el mayor número de cajas sea de forma cuadrada,
a no ser que el tipo de piezas que se estén trabajando en el taller, se adecuen
mejor a otro tipo de cajas.
Cuando se trabajan moldes pequeños en los que no es necesario el trabajo de más
de un operarios, es recomendable fabricar cajas livianas que sean fáciles de
manejar por el trabajador ya que en muchos de los casos se gasta más energía
trasladando las cajas de un lugar a otro, que en trabajo efectivo. Consecuente con
esto, se debe considerar más el rendimiento que la duración de las cajas.
Seguramente será mejor hacer todos los días en los que haya fundición, una caja
para reponer las que pudieran romperse, que tener cajas demasiado pesadas de
bastante duración. Sin embargo, cabe resaltar que si a las cajas de moldeo se les
da el trato que corresponde con su respectivo cuidado, su duración será
placentera.
Sin embargo, en un taller de fundición se deben tener varios tipos de cajas, por lo
que se harán también cajas de forma rectangular, las medidas más usadas para la
forma rectangular son aproximadamente 450 x 280 x 90 y 430 x 230 x 90
milímetros. Con un surtido de estas cajas se pueden hacer una gran variedad de
piezas.
Cuando necesitemos de cajas para moldear a máquina, las debemos hacer más
fuertes y resistentes. Las cajas se hacen más costosas debido a que deben ser
cepilladas y por lo tanto hay que prestar más atención a la duración. En muchos
IM-2005-I-10
7
de los casos estas cajas se hacen de acero fundido o de perfiles especiales
laminados, los cuales nos dan ligereza y gran duración.
Algunos otros tipos de medidas que son convenientes tener en el taller de
fundición para nuestras cajas de moldeo son: 50 x 50, 60 x 60, 70 x 70, 80 x 80,
90 x 90, 100 x 100 y 110 x 110 centímetros, la altura de estas cajas se decide
según se convenga. Ciertos tipos de cajas suelen hacerse de forma que se puedan
agrandar atornillándose suplementos con objeto de aumentar su tamaño según se
necesite.
IM-2005-I-10
8
2. LA ARENA DE MOLDEO
La arena de moldeo es un material compuesto que nos permite la fabricación de
moldes unitarios los cuales se pueden utilizar una sola vez por colada. La arena de
moldeo suele tener diferentes tipos de componentes como arena sílice, cereales,
agua y materiales sintéticos. Cada uno de estos materiales le da unas
características y propiedades a la arena de moldeo para hacerla lo más optima
posible.
2.1. Propiedades de la arena de moldeo
Para poder obtener unos resultados satisfactorios en el taller de fundición es
necesario tener buenas arenas y han de ser compactas, lo suficientemente
plásticas para poder copiar lo más precisamente las diferentes geometrías de los
modelos, sin descartar que deben ser bastante porosas para que su permeabilidad
facilite la salida de los gases que son desprendidos por los metales al momento de
la colada y posteriormente su solidificación.
2.1.1. Plasticidad
En el momento de la mezcla de la arena ha de entrar la arcilla a jugar un papel
bastante importante ya que es necesario tener una mezcla compacta y plástica a la
vez. Si la cantidad de arcilla es muy pequeña, es posible que al momento de hacer
los moldes estos se desmoronen, y un exceso de arcilla podría disminuir la
porosidad de la arena, y en consecuencia los moldes al secarse se agrietarían.
IM-2005-I-10
9
2.1.2. Contenido de humedad
La humedad se refiere al contenido de agua que puede presentar la mezcla de la
arena y su valor indica la relación en peso entre el agua y la arena de moldeo. La
humedad en la arena esta directamente relacionada con la resistencia que
presente el molde al destruirse, ya que si se tiene en la arena una cantidad baja de
humedad no se tendrá una buena compactación y por lo tanto se tendrá poca
resistencia a la presión ejercida por el metal en la colada. Sin embargo, si se tiene
un porcentaje alto de humedad en la mezcla podría haber un mayor vapor lo que
generaría una pérdida del molde, y causaría cambios dimensionales debido a la
pérdida de agua por evaporación. La humedad tiene una estrecha relación con la
permeabilidad de la arena, ya que para altos contenidos de humedad se obtendrá
índices bajos de permeabilidad debido a que el agua tapona los poros por los
cuales salen los gases producidos por los metales en el momento de la colada. Si
tenemos un porcentaje bajo de humedad en la mezcla, los poros podrían ser
tapado por la misma arena que no ha sido hidratada correctamente.
Los porcentajes de humedad correctos en una mezcla pueden variar dependiendo
de varios factores, como el tipo de arena que se trabaje, la cantidad de arcilla
presente en la mezcla y el tipo de colada que se vaya a verter. La cantidad
correcta de agua se aprende a través de la experiencia y la práctica, pero
generalmente se pueden trabajar con un porcentaje aproximado de agua entre el
3 y 10%.
Realmente no existe como regla el porcentaje exacto de agua en la mezcla; la
cantidad correcta se va conociendo a través de la experiencia, como la mayoría de
las tareas que se involucran en el proceso de fundición. Existe una forma casera o
IM-2005-I-10
10
tradicional utilizada por los fundidores artesanales para conocer que tanta cantidad
de agua debe llevar la mezcla. Cuando ya se tiene la mezcla homogénea de arena
sílice con bentonita se debe agregar agua en cantidades pequeñas, mezclar
completamente e ir probando la capacidad de compactación y la capacidad para
tomar las huellas de la arena de fundición en un modelo; esto se hace tomando un
puñado de la mezcla homogénea y oprimiéndola en la mano: cuando la arena de
fundición esté lista para ser utilizada deberá quedar compacta y tomar la forma
interna de la mano al momento de aprisionarla, de lo contrario se deberá agregar
un poco mas de agua y repetir el paso anterior hasta llegar a la mezcla deseada
según sea la necesidad del operario.
2.1.3. Permeabilidad
Esta una propiedad bastante importante en la arena de moldeo que se utiliza en
los talleres de fundición, ya que se refiere a la capacidad que tiene la arena de
permitir el paso de los gases y vapores producidos en la colada por el metal
fundido. La permeabilidad puede depender de varios factores como el tamaño, la
forma y la composición de los granos de la arena base, el tipo de aglutinante y su
contenido dentro de la mezcla, cantidad de humedad, etc.
Cuando una mezcla reúne las condiciones precisas, a tiempo que se le perfore
dejará salir los gases y vapores con facilidad. Normalmente al tener un buen
índice de permeabilidad, en la mayor parte de las piezas los gases han de salir a
través de las arenas sin necesidad de pincharlas. Una arena poco permeable,
pinchada en el molde con mucho cuidado, puede ser utilizada para diversos tipos
de trabajo que normalmente sin ser pinchadas, darían piezas con costras
indeseables.
IM-2005-I-10
11
Para determinar la permeabilidad de los granos de una arena de moldeo se han
definido los siguientes criterios:
• Permeabilidad base: Esta es la permeabilidad que pueden tener los
granos compactados de la arena en seco sin ningún contenido de arcilla u
otra sustancia aglutinante.
• Permeabilidad en verde: Esta es la permeabilidad de una arena
moldeada en condición humedecida.
• Permeabilidad en seco: Esta es la permeabilidad que tiene una cierta
cantidad de arena moldeada que contiene arcilla o aglutinantes, que ha sido
secada por completo en un horno por debajo de 110℃, y enfriada en un
secador hasta temperatura ambiente.
• Permeabilidad horneada: Esta es la permeabilidad de una porción de
arena moldeada que ha sido secada en un horno a una temperatura mayor
a 110℃, y que ha sido enfriada en un secador hasta temperatura ambiente.
2.1.4. Resistencia
Cuando se hace la colada en un molde de arena, éste debe soportar los diferentes
esfuerzos que el metal fundido pueda hacer sobre ella, como el esfuerzo cortante,
compresión y tracción, adicionalmente a la acción erosionante y las altas
temperaturas debido al metal fundido. Es necesario someter a la arena de moldeo
a diferentes pruebas para predecir el comportamiento que ésta tendrá en
condiciones reales al momento de hacer la colada.
IM-2005-I-10
12
La resistencia a la compresión que una arena de moldeo puede tener se define
como la resistencia máxima que una muestra de arena es capaz de soportar
cuando se le prepara, apisona y ensaya con su respectivo procedimiento.
El nivel de resistencia está directamente relacionado con el nivel de compactación
que tenga la mezcla y a su vez esta inversamente relacionado con la
permeabilidad, esto se debe a que la compactación que posee la mezcla y está
bastante relacionada con la resistencia.
2.1.5. Refractabilidad
Nuestra arena de moldeo va a estar sometida a temperaturas considerablemente
altas, por lo tanto debe tener condiciones refractarias apropiadas para su uso. En
muchos de los casos los moldes y machos son fabricados utilizando la técnica de
curado, por lo que es necesario un horneado del molde.
Es necesario realizarle a la arena de moldeo diferentes tipos de pruebas de
laboratorio que ayuden a determinar su punto de fusión, expansión térmica,
pérdida de humedad, etc. Actualmente se pueden simular las condiciones de
temperatura a las cuales la mezcla va a estar sometida mediante hornos, estufas
convencionales u hornos microondas. Este tipo de pruebas son más importantes
cuando vamos a trabajar materiales ferrosos en el taller de fundición debido a que
estos presentan temperaturas mayores.
IM-2005-I-10
13
2.1.6. Tamaño de grano
Por medio del tamaño de grano podemos determinar la finura de nuestra arena de
moldeo y a su vez la distribución de sus partículas. La finura de la mezcla afecta
directamente las diferentes propiedades que la arena posee, como permeabilidad,
resistencia, contenido de humedad, etc. Por otro lado cuando poseemos una
arena con una finura excelente tendremos como resultado un mejor acabado
superficial en la pieza fundida; si en cambio tenemos un tamaño de grano
considerablemente grande podríamos obtener una rugosidad indeseable en la
pieza.
Según la aplicación que se le vaya a dar a la arena de moldeo, así ha de ser el
tamaño de grano. Cuando se propone fundir piezas pequeñas es conveniente
utilizar un grano bastante fino, para en consecuencia obtener piezas con un mejor
acabado superficial. Entre más uniforme sea el grano, más porosa podría resultar
la mezcla, ya que si se procede a mezclar tamaños grano grandes con pequeños,
los granos pequeños taparán los espacios que los granos grandes dejan entre sí.
Cuando se realiza el proceso de desmoldeo es conveniente reemplazar el 75% de
la arena quemada por arena nueva ya que en las arenas quemadas el tamaño de
grano es más pequeño y podría disminuir notablemente la permeabilidad.
En la actualidad existen diferentes tipos de ensayos, los cuales permiten al
operario determinar si la arena que se va a utilizar en el proceso es la adecuada
para su colada.
IM-2005-I-10
14
2.1.7. Vida útil
La arena de moldeo se utiliza de forma repetitiva en el taller de fundición debido a
que se realizan varias coladas en un día. Es importante determinar la vida útil
promedio de la arena ya que una arena con una vida prolongada representará un
beneficio económico para la empresa.
Existen varios métodos por medio de los cuales se puede recuperar la arena de
moldeo que ha sido utilizada en coladas anteriores que se tratarán más adelante
en éste capítulo.
2.1.8. Propiedades químicas
Las arenas de moldeo están constituidas por diferentes compuestos como la Sílice
(SiO2), Alumina (Al2O3), Óxido ferrico (Fe2O3), Óxido cálcico (CaO) y Magnesia
(MgO), los cuales los encontramos en diferente proporciones como se muestra en
la siguiente tabla.
Sílice SiO2 90%
Alumina Al2O3 5%
Óxido ferrico Fe2O3 4%
Óxido cálcico CaO 0.4%
Magnesia MgO 0.6%
Tabla 3.1 Propiedades químicas de la arena de moldeo
Estas proporciones son las ideales para una arena de moldeo que se puede
emplear para diferentes tipos de moldes. Cuando se tienen piezas bastante
gruesas que se necesitan fundir, es necesario que la arena contenga un alto
IM-2005-I-10
15
porcentaje de Sílice, la Alumina no debe propasar el 8%, el Óxido ferrico no debe
ser mayor al 5%, la Cal y la Magnesia deberán tener proporciones bastantes
pequeñas. Las arenas de moldeo que contengan proporciones mayores a las
descritas anteriormente deberán ser desechadas. Una forma de averiguar si se
tiene presencia de exceso de los compuestos mencionados es desmenuzar la arena
en Ácido Clorhídrico (ClH) y si esta mezcla presenta efervescencia tendremos una
arena defectuosa.
2.2. Composición de la arena de moldeo
La arena de moldeo que se utiliza en los talleres de fundición es un material
compuesto el cual está formado principalmente por arena base, arcilla y agua.
2.2.1. Arena base
La arena base que normalmente es utilizada en la mayoría de los talleres de
fundición es la arena Sílice (SiO2), ya que es una de las que tiene una gran
capacidad para ser un material refractario y por lo tanto es capaz de soportar las
altas temperaturas que se originan al momento de ser una colada de material
fundido. Una de las ventajas que presenta esta arena Sílice es que tiene bajo
costo y se puede conseguir fácilmente en el mercado, el tamaño de grano de este
tipo de arena le ayudan a que tenga una gran fluidez que le permite tomar
fácilmente la forma del modelo. En algunos casos este tipo de arena trae
mezclada algunas arcillas pero la cantidad de arcilla no es suficiente para que la
arena presente la característica de compactación necesaria.
Podemos encontrar la arena lavada de río o la arena común las cuales presentan
como componente principal la Sílice; sin embargo, se debe tener cuidado con este
IM-2005-I-10
16
tipo de arenas, ya que también presentan otro tipo de elementos que no son
deseados para la arena de moldeo, los cuales de una forma u otra hacen variar las
características que necesitamos en nuestro taller de fundición.
2.2.2. Arcillas
Cuando se ha decidido que tipo de arena base utilizar es necesario buscar un
elemento aglutinante que ayude a mejorar las propiedades de compactación y
refractarias que presenta la mezcla. Debemos agregar arcilla a la arena base ya
que sus propiedades ayudan a que el molde sea más compacto.
Existen varios tipos de arcilla, como las residuales, las cuales son formadas por
rocas que han pasado por el estado de descomposición; este tipo de arcillas se
encuentran de diversas formas y tamaños. Otro tipo importante de arcillas que
podemos encontrar fácilmente son las arcillas volcánicas, las cuales han sido
formadas por la acción que han tenido las aguas subterráneas sobre rocas
volcánicas, este tipo de arcillas también se pueden encontrar en diversos tamaños
y espesores; la montmorillonita pertenece a este tipo de arcillas y es el principal
componente de la Bentonita, la cual es la que tiene la mayor acogida por los
expertos en el área de fundición. Adicionalmente tenemos un grupo de arcillas
sedimentarias que son originadas debido a la erosión de granitos sedimentados
que posteriormente toman características similares a las arcillas volcánicas. Una de
las arcillas sedimentarías, la Caolinita, la cual presenta la propiedad refractaria
debido a que dentro de su estructura posee oxido de aluminio, el porcentaje
permitido de Caolinita en una arena de moldeo para que tenga características
aglutinantes deseables está entre un 10% y 20 %.
IM-2005-I-10
17
Como se ha mencionado anteriormente la Bentonita es una de las arcillas más
utilizadas en los talleres de fundición debido a su excepcional condición de
aglutinante y absorber agua. Los porcentajes requeridos de Bentonita en una
arena de moldeo están aproximadamente entre 4% y 10%. Otra de las cualidades
que tiene la Bentonita sobre las demás arcillas es que le da una muy buena
resistencia a la arena en verde y es la más apropiada para realizar coladas de
metales que presentan un bajo punto de fusión. Otra ventaja de las Bentonitas es
que son térmicamente más estables y con un manejo adecuado de la arena
pueden llegar a tener una vida útil bastante larga.
2.2.3. Componentes adicionales de la arena
Existen diversos componentes que se le pueden agregar a la arena de moldeo, con
el fin de mejorar sus propiedades que son necesarias en el taller de fundición para
hacer una buena colada. Uno de los motivos por los cuales se le agrega otras
sustancias a la arena de moldeo es para prolongar su vida útil.
Uno de los componentes adicionales son lo cereales o harinas los cuales, en unión
con el agua, generan una frontera gelatinosa. Los cereales le dan a la arena de
moldeo mayor resistencia en seco y mejora las características de resistencia al
esfuerzo cortante; otras ventajas de incluir cereales en nuestra mezcla es que su
característica de retención de humedad no permite que la arena se seque cuando
la almacenamos.
Uno de los compuestos que se utilizan en los talleres de fundición para evitar
defectos por expansión de la arena son el aserrín y las cascarillas, estos
compuestos ayudan a disminuir los deslaves, costras y desprendimientos de la
IM-2005-I-10
18
arena de las paredes del molde, los cuales son originados por la diferencia de
temperatura que se presentan a lo largo del molde.
2.3. Preparación de la arena de moldeo
Cuando se va a preparar una arena nueva es necesario tener a disposición estufas
para el secado de estas. Cuando el taller de fundición es pequeño se aprovecha el
suelo de la estufa corriente de secar los moldes. Sin embargo, esto no es del todo
efectivo y es necesario hacerlo varias veces.
En los talleres de fundición donde se manejan grandes cantidades de arena es
importante construir estufas donde se pueda descargar fácilmente los vagones de
la arena sobre tolvas colocadas en la parte superior. Un sistema muy efectivo para
el secado de las arenas es el rotativo, el cual consiste en un cilindro de chapa con
paletas interiores que sirven para agilitar las arenas. El tambor se calienta al
contacto de los gases por el exterior, y las arenas se secan en el calor de la chapa.
Lo primero que hay que hacer después de obtener las arenas secas es procesarlas
mediante tamices para así reducir el tamaño de grano hasta la forma deseada.
Cuando tenemos el tamaño de grano deseado procedemos a agregar las
sustancias que consideremos relevante para mejorar las propiedades de la arena
de moldeo.
Es bueno tener en cuenta que cuando se ha hecho una colada, la arena que hace
contacto con el metal fundido pasa a ser arena quemada y se puede reconocer
fácilmente ya que se ha ennegrecido un poco. Este tipo de arena es bueno
cambiarlo para la siguiente colada. Lo que se debe hacer es retirar en lo posible
IM-2005-I-10
19
la arena que se ha quemado y en el momento de hacer un molde utilizar dicha
arena como arena de relleno, es decir que la arena que esta en contacto con el
modelo ha de ser arena limpia.
Las proporciones adecuadas para la arena de fundición de un laboratorio que se
dedique a trabos puramente de aluminio serian de la siguiente manera; la arena
base que se debe utilizar, es arena sílice con una porcentaje entre el 80 y 90%,
como arcilla se recomienda usar bentonita entre un 10 y 12%, y finalmente un
porcentaje de agua entre el 2 y 8%. La mezcla debe ser lo mas homogénea
posible para no tener inconvenientes al momento de hacer la colada.
2.4. Almacenamiento, manejo y recuperación de la arena de
moldeo
Para mantener en buenas condiciones las arenas de moldeo dentro del taller de
fundición, es necesario tomar las debidas precauciones para optimizar la vida de
las mismas.
2.4.1. Almacenamiento y manejo de la arena
Como la arena de moldeo va a estar expuesta al medio ambiente, es posible que
pierda muchas de sus características como lo es la humedad. Por esto se aconseja
que sea almacenada en un lugar donde no quede a exposición directa ni del sol ni
de la lluvia, puede ser guardada en silos y para una mejor protección se puede
cubrir con lonas o costales llenos de cascarilla húmeda, con esto se asegura que la
superficie de las arenas permanezca con la humedad adecuada. Otra
recomendación que es muy importante es la constante mezcla de la arena, ya que
IM-2005-I-10
20
con esto se puede lograr que la arena tenga una mayor homogeneidad. No se
debe olvidar que después de realizar una colada es necesario mezclar la arena
quemada con alguna arena nueva y mezclarla con la restante de la fosa.
Tradicionalmente se conoce la forma de paleo, la cual consiste en amontonar la
arena en una pila que posteriormente se comprimirá con la parte posterior de una
pala; teniendo comprimida la arena, se corta con el canto hasta considerar que la
arena se encuentra homogenizada.
Si poseemos diversos tipos de arena de moldeo para cada uno de los trabajos que
se hagan en el taller, es importante separar las unas de las otras debido a que
cada una de ellas posee diferentes propiedades. Es recomendable disponer de
varios silos para poder almacenar las diferentes arenas de moldeo y no
confundirlas a la hora de ser utilizadas, esto aumentaría la eficiencia de los
operarios y beneficiaría económicamente a la empresa ya que se perdería menos
tiempo.
2.4.2. Recuperación de las arenas de moldeo
En muchos de los casos al momento de hacer la colada los granos de arena que
están en contacto con el metal suelen tener cambios drásticos en sus
características iniciales, los cuales pueden alterar los resultados en una colada
futura. Los granos se ven afectados por una capa compuesta por Bentonita
deshidratada y otros compuestos que son difícilmente soluble en agua;
posiblemente estos granos pierdan la capacidad de compactación y permeabilidad
por lo que es necesario planear un método para la recuperación de dichos granos.
IM-2005-I-10
21
Se conocen diferentes procesos de regeneración, los cuales permiten que la arena
recupere sus características y propiedades iniciales.
• Regeneración en seco: Consiste en eliminar los granos demasiados finos
que se puedan presentar en la arena de moldeo después de su uso, para
este fin utilizamos tamices de diferente calibre y separación con aire.
Durante el proceso los granos se frotan unos con otros, provocando que se
desprendan los componentes indeseables que se han adherido a los granos
en el momento de la solidificación del metal.
• Regeneración por vía húmeda: Este proceso tiene como fin la
eliminación de granos finos y la eliminación de las capas de arcilla adheridas
a los granos. El proceso consiste en que la arena es pasada a través de un
tanque donde los granos de mayor tamaño se dirigen hacia el fondo y los
demasiados finos quedan suspendidos en la parte superior. Posteriormente
la arena se mete en un tanque, el cual está constituido por una hélice que
gira a alta velocidad provocando una acción de frotado entre los granos de
arenas, seguido de este paso la arena es llevada a otro tanque donde se
separan los granos finos producidos en la etapa anterior, finalmente el agua
es eliminada de la arena restante por medio de filtrado y secado.
• Regeneración térmica: Con este proceso se pueden eliminar las
impurezas orgánicas y las adiciones de carbón originadas por el metal en el
momento de la colada. El proceso consiste en calentar la arena en un
horno a una temperatura que oscila entre los 650℃ y los 80℃. Con este
método es imposible retirar las capas de arcilla que envuelven a los granos
IM-2005-I-10
22
por lo que este método generalmente es usado en arenas que utilizan
aceites como aglutinantes en lugar de arcillas.
Como no existe ningún método que sea lo suficientemente eficaz para recuperar
totalmente las arenas de moldeo de todas sus impurezas, es necesario combinar
los mencionados anteriormente. La combinación mas común que utilizan los
talleres de fundición, es primero realizar una regeneración húmeda y luego
realizar una regeneración térmica; con este método podemos obtener una arena
con las mismas propiedades y características de una arena nueva.
2.5. Proceso de moldeo
La práctica de moldeo se puede hacer en verde y en seco. En seco el molde
presenta mejores resultados en piezas que necesitan mejores acabados, en cambio
los moldes en verde requieren de mayor cuidado ya que emiten mas gases que los
moldes de arena en seco, esto se debe a que se trata con arenas mas finas, por lo
que para contrarrestar la emisión de gases se deben hacer orificios en la arena
para que estos sean expulsados, además de, pisar la arena con mucha mas
precaución.
Hay características en la arena que ayudan a que el trabajo de moldeo se pueda
realizar de una mejor forma. Una de estas características es la humedad en la
arena ya que entre mas seca se encuentre la arena serán mejores los resultados;
arenas que se encuentren excesivamente mojadas no deben ser usadas para este
propósito.
IM-2005-I-10
23
Para que tengamos un buen resultado en la pieza final es necesario tener en
cuanta la salida de los gases. Es necesario que los gases salgan por entre las
arenas y que no se dirijan hacia la pieza ya que podrían generar irregularidades no
deseadas durante la fundición. Hay que hacer los orificios necesarios en la arena
para facilitar la salida de los gases; entre mas grande sea nuestra pieza,
deberemos hacer mas orificios.
Otro de los procesos que ayuda a emisión efectiva de los gases y el buen resultado
de la fundición, es el pisado de las arenas. No se debe pisar de una forma brusca o
dura muy cerca de las piezas, el pisado fuerte se deberá hacer después de tener
una considerable capa de arena por encima de la pieza. Cuando se hace un pisado
fuerte cerca del modelo se deberá ser excesivo con los orificios que dejaran salir
los gases al momento de la colada.
Para hacer el moldeo con un modelo no existen reglas generales, cada caso es
distinto y habrá que adaptar cada modelo a la disposición que se tenga en el
laboratorio. Muchos de los modelos tiene algunas geometrías complejas y es
mejor trabajarlos con dos piezas, es decir, que el modelo se parte por la mitad
dejando cada parte con una cara plana. Se coloca una de las mitades del modelo
sobre un tablero de madera y luego ponemos una de las mitades de la caja de
moldeo donde el modelo quepa holgadamente a su alrededor. A continuación se
produce el llenado de la caja con arena y de apisona en la caja inferior. Luego de
haber pisado la arena completamente con la caja llena, se pincha o se hacen
orificios en la arena con un alambre delgado para la salida de los gases. Teniendo
la primera parte de la caja se voltea sobre una cama de arena, se rocía por encima
con arena mas fina para que las dos caras no se peguen mutuamente, y después
se coloca la parte superior de la caja. Se realiza el mismo procedimiento que para
IM-2005-I-10
24
la parte inferior de la caja apisonando de manera correcta. Al tener las dos mitades
listas, se retiran los modelos con mucha precaución para evitar al máximo los
desmoronamientos de los moldes y se el canal de admisión del metal en forma
liquida quedando listo para la colada. En caso de que haya una irregularidad en el
modelo, será necesario arreglarlos de forma manual con la espátula y el palustre.
Cuando el modelo a calcar no presenta una de sus caras planas se deberá usar
una caja falsa para formar en ella la parte del modelo que será calcada
posteriormente en la caja superior.
Se dará una explicación mas detallada sobre el proceso de moldeo en el Capítulo 7
donde dará una guía de pasos a seguir mediante gráficas para que este proceso se
haga de la forma adecuada, siendo este uno de los responsables del resultado
final.
IM-2005-I-10
25
3. HORNO DE FUNDICIÓN
El horno (Figura 4.1) que se utilizará para adecuar el laboratorio de fundición es de
tipo crisol que permite la fundición de metales con un bajo punto de fusión. El
horno se encontraba archivado en una de las bodegas que tiene el Centro de
Innovaciones Tecnológicas de la Universidad de los Andes (CITEC) en su parte
posterior. Al parecer el horno se encontraba inutilizado desde hace bastante
tiempo por lo que no se encontraba en muy buen estado.
Figura 3. 1 Horno Degussa
IM-2005-I-10
26
3.1. Descripción del horno
El horno es de marca Degussa-Wolfgang de fabricación alemana. Además de
permitir la fundición de algunos metales mediante un crisol ubicado en su cámara
de combustión principal, el horno Degussa también permite el secado de pequeños
moldes de yeso y el tratamiento térmico de pequeñas piezas en su cámara
secundaria. El horno cuenta con un soplador el cual produce la verticidad de los
gases de combustión en su interior.
El horno posee tres orificios con sus respectivas puertas o tapas, los cuales
facilitan la manipulación de objetos dentro las dos cámaras. Las primeras dos
puertas están ubicadas en la parte frontal del horno y cada una de ellas le
corresponden a cada cámara, están hechas para colocar o retirar objetos de un
tamaño moderado al interior del horno; cada una de ellas esta puede ser cerrada
por puertas hechas de un material cerámico y protegidas por hierro en su
exterior. El tercer orificio y el mas importante esta ubicado en el parte superior de
la cámara principal, por medio de este se retira y coloca el crisol en el cual se va a
fundir el metal, se utiliza una tapa de hierro gris para este orificio.
3.2. Funcionamiento del horno
El horno cuenta con dos cámaras en la parte superior como se menciono
anteriormente, en la cámara principal ubicada en la parte izquierda del horno se
produce el fenómeno de combustión de gas propano en presencia de aire. El aire
es obtenido a través del soplador centrífugo ubicado en la parte inferior del horno.
El aire obtenido del soplador se divide en dos flujos que finalmente llegan a la
cámara principal, uno por el lado izquierdo en la parte del frente y el otro por el
IM-2005-I-10
27
lado derecho, por la parte de atrás (esto en el interior del horno, en la cámara
principal); la tubería que dirige el aire desde el soplador hasta la cámara de
combustión tiene dos válvulas que controlan el flujo del aire, una controla el paso
del flujo a la salida del soplador, la segunda controla el paso de aire hacia la
segunda tubería de flujo ubicada al lado derecho y parte posterior.
La conexión de gas se hace en la tubería principal del flujo de aire justo después
de la primera válvula y es allí donde se hace la mezcla aire-gas. El objetivo de
controlar el flujo de aire es tratar de producir una combustión completa, por esto
es importante tener en cuenta que si existe un flujo de aire muy pobre, puede que
no se realice toda la combustión y quede gas sin quemar; si el flujo de aire es muy
grande, puede que atenúe la llama debido a que arrastra el gas hacia el exterior
de la cámara sin que éste se haya quemado. Los elementos que hacen parte del
horno Degussa se muestran en la Figura 3.2.
El objetivo principal de que el horno tenga dos flujos distintos de mezcla, es el de
provocar verticidad en el interior del horno y así facilitar el calentamiento
homogéneo alrededor del horno para la fundición del metal.
IM-2005-I-10
28
Figura 3. 2 Elementos Horno Degussa
En la cámara secundaria, ubicada en la parte superior derecha, se puede realizar
el secado de moldes de yeso o preparar diferentes piezas que requieran
tratamiento térmico. La cámara secundaria recibe todos los gases calientes que
salen de la cámara principal, por lo que se deben proteger las piezas que se
tengan en dicha cámara por medio de un recipiente refractario para evitar su
contaminación.
El flujo de los gases de la combustión y del aire que circulan a través del horno
durante su funcionamiento se muestra en la Figura 3.3.
IM-2005-I-10
29
Figura 3. 3 Interior Horno Degussa
IM-2005-I-10
30
4. ESTADO INICIAL DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN
Anteriormente existía un laboratorio de fundición donde los estudiantes de la
Universidad de los Andes podían realizar prácticas con metales de bajo punto de
fusión. Con el tiempo dicho laboratorio fue desapareciendo, debido a que no fue
utilizado de la forma esperada.
4.1. Área destinada para el laboratorio
La zona designada (Figura 4.1) para desarrollar el laboratorio de fundición para el
Departamento de Mecánica de la Universidad de los Andes, está ubicada en la
parte posterior del Centro de Innovaciones Tecnológicas (CITEC).
Figura 4. 1 Exterior cuarto designado para el laboratorio de fundición
IM-2005-I-10
31
Este cuarto estaba siendo utilizado como bodega para almacenar diferentes
elementos que no se estaban utilizando y trabajos de grado de años anteriores
(Figura 4.2).
Figura 4. 2 Estado inicial laboratorio del interior del cuarto
El área total del cuarto es aproximadamente de 23m2, en el centro del cuarto se
encuentra la fosa (Figura 4.3) que fue utilizada anteriormente para realizar los
moldes de arena. Las dimensiones de la fosa son de 1.67m a lo largo y 0.86m de
ancho.
IM-2005-I-10
32
Figura 4. 3 Fosa para preparación de moldes
Como el cuarto anteriormente mencionado estaba siendo utilizado como bodega
carecía de las instalaciones requeridas por un laboratorio de fundición como son la
instalación eléctrica, el servicio de agua, instalación de gas, iluminación y la
ventilación adecuada para la salida de los gases emitidos por la combustión y el
metal fundido.
4.2. Estado inicial del horno Degussa
El horno es uno de los elementos fundamentales en el proceso de fundición, por lo
cual es primordial su buen estado para un óptimo funcionamiento.
Las condiciones iniciales del horno no eran las apropiadas para su puesta en
funcionamiento. Carecía de la instalación eléctrica adecuada debido a que el cable
del soplador centrífugo estaba añadido con cinta aislante, carecía de la clavija para
IM-2005-I-10
33
el enchufe trifásico y de un switch para tener un buen control y precaución en el
encendido del soplador.
El interior del horno se encontraba contaminado con diferentes residuos
provenientes de las fundiciones anteriores y que no habían sido removidos de una
forma adecuada. Además, el interior del horno presentaba irregularidades que
pudieron ser causadas por personas que dieron un mal uso de éste (Figura 4.4).
Figura 4. 4 Estado inicial del interior del horno Degussa.
El soplador centrífugo funcionaba adecuadamente con sus respectivas válvulas y
tubería, sin embargo, el horno carecía de una adecuada instalación para la tubería
de gas.
4.3. Elementos para la fundición
Como era de esperarse, la falta de utilización del taller de fundición produjo que
los elementos utilizados para la fundición desaparecieran, estos elementos son
muy importantes durante todo el proceso. Algunos de los elementos básicos
utilizados que desaparecieron son las cajas de moldeo, termopares para medir la
IM-2005-I-10
34
temperatura, pisón de arena, tamices, pinzas para manipular el crisol, para verter
el metal fundido, y hasta el mismo crisol.
IM-2005-I-10
35
5. REACONDICIONAMIENTO DEL LABORATORIO DE FUNDICIÓN
Como se mencionó en el capítulo anterior, el horno necesita estar en muy buenas
condiciones para que opere de una forma adecuada y su desempeño sea más
eficiente.
En este capítulo se mostrará todo el trabajo realizado con los diferentes elementos
que intervienen en el proceso de fundición como la edificación, el horno de
fundición, las herramientas utilizadas en el laboratorio y por supuesto la arena de
moldeo.
5.1. Adecuación del área destinada
Para hacer una correcta adecuación de la zona destinada para el laboratorio, fue
necesario recurrir a una lista de los elementos necesarios para posteriormente
trabajar en cada uno de ellos.
Lo primero que se hizo, fue ubicar todos los elementos ajenos al taller de fundición
pues como ya se había mencionado antes, el cuarto había sido destinado a
funcionar como bodega de almacenamiento. Se tuvo dificultades y retrasos al
momento de ubicar dichos elementos ya que no disponía de otro lugar para
ubicarlos. Finalmente se pudo desocupar el cuarto destinado al laboratorio y se
pudieron ubicar estos elementos en una zona designada.
Dentro de la lista de los elementos escogidos para adecuar el laboratorio están los
siguientes.
IM-2005-I-10
36
5.1.1. Instalación eléctrica
Como el laboratorio carecía de luz, fue necesario colocar en la parte superior una
lámpara de luz natural y en la parte posterior del laboratorio, colocar dos lámparas
de luz amarilla. Además a esto fue necesario hacer las correspondientes
instalaciones eléctricas para que quedaran en el laboratorio enchufes de corriente
bifásica y trifásica para el soplador centrífugo.
En la Figura 5.1 se puede ver de una forma más clara el trabajo realizado dentro
del cuarto designado.
Figura 5. 1 Instalación eléctrica
5.1.2. Instalación tubería agua y aire
Aunque no era necesario tener a nuestra disposición la tubería de aire se decidió
que debido a que ya se estaba haciendo una obra dentro del laboratorio no habría
ningún inconveniente en instalar la tubería de aire junto a las demás
reformaciones que estaban siendo realizadas.
IM-2005-I-10
37
Se realizó la instalación de la tubería de agua ya que se identificó que esta es
necesaria para la preparación de las arenas de moldeo y para hacer una correcta
limpieza de todos los instrumentos del laboratorio de fundición y mantener en
buen estado los mismos.
En la Figura 5.2 se puede observar el resultado de las instalaciones anteriormente
mencionadas.
Figura 5. 2 Instalación agua y aire
5.1.3. Instalación tubería de gas
Como se mencionó anteriormente el sistema que utiliza el horno de fundición es de
aire-gas, y era necesario hacer un montaje adecuado para evitar accidentes de
trabajo.
La instalación que se realizó fue de forma subterránea para evitar que la manguera
de gas obstruyera el libre tránsito de los operarios por el alrededor del horno. El
medio de transporte escogido para el gas desde la pipeta hasta la instalación del
IM-2005-I-10
38
hormo, fue manguera plástica de color azul para gas propano. La instalación se
hizo removiendo el adoquín e insertando un tubo de PVC protegiendo este la
manguera que conduce el gas.
En la Figura 5.3 se muestra mas claramente el proceso para la instalación de al
tubería de gas y su resultado final.
Figura 5. 3 Instalación de la tubería de gas
5.1.4. Ventilación del laboratorio
Dentro de un taller de fundición es de vital importancia tener una buena
ventilación, debido a que los gases producidos por la combustión dentro de los
hornos ó por los metales cuando son fundidos pueden molestar a los operarios
impidiendo que su trabajo sea eficiente.
En el laboratorio fue necesario buscar una forma por la cual puedan salir los gases
y así tratar de mantener un ambiente sano para los operarios que van a trabajar
dentro de él. Se realizaron unas aberturas en la parte superior (Figura 5.4) donde
IM-2005-I-10
39
anteriormente existía una rejilla, como ventaja adicional se obtuvo iluminación
natural durante el día.
Figura 5. 4 Ventilación
5.2. Reacondicionamiento del horno Degussa
Como se había mencionado anteriormente el horno Degussa se encontraba en mal
estado en su cámara principal debido a que operarios anteriores habían hecho un
mal uso de este. Fue necesario hacerle un tipo de mantenimiento y
reacondicionamiento para su puesta en funcionamiento.
Unas de las tantas modificaciones que se le hicieron al horno son las siguientes.
IM-2005-I-10
40
5.2.1. Instalación eléctrica del soplador
El soplador centrífugo se encontraba en buen estado y funcionaba correctamente,
pero carecía de la clavija trifásica y de un interruptor para su encendido y
apagado.
Se le instaló el switch (Figura 5.5) trifásico al soplador y se le hizo una correcta
instalación del cable de poder para que funcionara de una forma correcta y segura.
Figura 5. 5 Switch trifásico para el horno Degussa
5.2.2. Instalación tubería de gas para el horno
La tubería de aire se encontraba en un buen estado y no fue necesaria su
reparación. Por otro lado el horno carecía de una instalación adecuada para la
toma de gas, por lo que fue necesario realizar un nuevo montaje.
IM-2005-I-10
41
A la entrada de gas del horno se le adapto un trayecto de tubería en galvanizado
con una válvula en el medio, para el control del flujo de gas. En la parte final de
dicha tubería se adapto una boquilla de ¾ para la conexión de la manguera de
gas.
Esta instalación se puede ver de una forma mas clara en la Figura 5.6
Figura 5. 6 Instalación tubería para gas del horno Degussa
5.2.3. Mantenimiento cámara principal
El horno se encontraba en muy malas condiciones en su interior, por lo que fue
necesario hacerle una reconstrucción en su interior para poder colocar el crisol de
una forma segura.
IM-2005-I-10
42
Para hacer la reconstrucción del interior del horno fue necesario preparar una
mezcla de ladrillo molido, bentonita y la misma arena que utilizamos en el
laboratorio para los moldes, en las siguientes proporciones:
• 1/3 de ladrillo molido y pasado por un tamiz # 20
• 1/3 de bentonita clase B
• 1/3 de arena lavada de río pasada por tamiz # 20
Estos tres ingredientes se mezclaron de forma homogénea para generar una nueva
mezcla que nos sirvió para habilitarla cámara principal del horno. A esta mezcla se
fue agradando poco a poco agua para lograr una mezcla de forma cauchosa y
arenosa a la vez.
Teniendo ya la mezcla lista, se procedió a hacer la reconstrucción interior del
horno; se mejoro la superficie interior dejándola lo más plana posible (Figura 5.7)
y para poder colocar allí la base para el crisol.
Figura 5. 7 Reconstrucción interior del horno Degussa
IM-2005-I-10
43
5.2.4. Herramientas del horno
Se diseñaron, y posteriormente se construyó una serie de herramientas que
facilitaron la manipulación de los elementos del horno de una forma más segura.
5.2.4.1. Manijas válvulas de aire
Las válvulas que controlan el flujo de aire tenían su correspondiente manija, pero
eran toscas y eran en algunos casos difíciles de manipular.
A estas manijas se les colocaron un recubrimiento de madera para que no
lastimaran las manos del operario y para que se pudieran manipular de una mejor
manera.
5.2.4.2. Pinza para puertas
Para poder manipular las puertas de las cámaras principales de una forma segura
cuando el horno este en funcionamiento, fue necesario diseñar y construir una
pinza. La pinza consiste en una barra de hierro con un perfil de ½ de pulgada y
terminada en un ángulo de 90º que encaja perfectamente en cada una de las
puertas, como se muestra en la Figura 5.8.
IM-2005-I-10
44
Figura 5. 8 Pinza para la manipulación de las puertas del horno Degusta
5.2.4.3. Tapa superior cámara principal
El horno en un principio carecía de la tapa del orificio superior, por lo que fue
necesario diseñarla. Se le hizo una tapa a la medida cono su manija respectiva y
con las pestañas que la aseguran al horno. La necesidad de construir la tapa fue
concentrar mejor el calor dentro de la cámara, y la protección de los operarios. En
la figura 5.9 se muestra el lugar que tiene la tapa en el horno.
IM-2005-I-10
45
Figura 5. 9 Tapa superior del horno Degussa
5.3. Herramientas para el laboratorio de fundición
Fue necesario diseñar y construir una serie de herramientas para poder realizar el
proceso de fundición, debido a que las herramientas existentes anteriormente, ya
no se encontraban con el resto del equipo (horno Degussa).
5.3.1. Cajas de moldeo
Se diseñaron 3 cajas de moldeo para el laboratorio de fundición. Se escogió para
dicho diseño, la geometría cuadrada ya que so las que más fácilmente se
acomodan a las necesidades dentro de un taller de fundición y la mayoría de las
piezas se adaptan a este tipo de cajas.
Se necesitaba una madera que fuera resistente, que tuviera un buen
comportamiento frente a la humedad y que fuera relativamente liviana .Se eligió
IM-2005-I-10
46
como material para su construcción, abarco de río debido a que esta madera
cumple con las características necesarias en el laboratorio.
Se construyeron 3 cajas con las siguientes geometrías, 25 x 25cm, 35 x 35cm, y 45
x 45cm, cada una con dos mitades y cada mitad con una altura de 12cm.
Para que las cajas encajaran de una forma precisa y fácil en el momento de estar
haciendo el molde, se le colocó a cada una de ellas una guía en dos de sus lados.
En la Figura 5.10 se muestra una de las cajas terminadas y su ubicación dentro del
laboratorio de fundición.
Figura 5. 10 Cajas de moldeo
5.3.2. Tamices para arena
Se construyeron dos tamices a partir de mesch número 60 y 100 en acero
inoxidable. El marco se elaboro con perfiles de 3 x 3cm, en madera sapan, por su
IM-2005-I-10
47
rigidez y resistencia. El tamaño de cada uno de los marcos es de 60 x 60cm y cada
uno tiene en un extremo dos mangos para su maniobrabilidad, y en el otro
extremo dos argollas para que puedan ser colgados.
El objetivo de los tamices es procesar las arenas de moldeo que se tengan en el
laboratorio de fundición, ya sea para la fundición o para hacer arena de separa
molde.
En la Figura 5.11 se muestra uno de los tamices en operación.
Figura 5. 11 Tamiz para arena
5.3.3. Crisol
Los crisoles también son conocidos como “cazos o cucharas” están construidos en
un material refractario para que puedan soportar las altas temperaturas que se
presentan dentro del horno. Existen varias formas de crisoles como, los de grafito
en forma de trébol, oliva y normal, los de caldero de sifón, cucharas para fundir a
mano, etc.
IM-2005-I-10
48
Se eligió para el laboratorio de fundición, un crisol de grafito en forma normal
(Figura 5.12) con una capacidad de 10kg, debido a que puede soportar
temperaturas de hasta 3500℃ y a que este tipo de crisol era el que mejor se
acomodaba a la geometría interna del horno.
Figura 5. 12 Crisol en grafito en forma normal
5.3.4. Pinza sujetadora de crisol
Como en laboratorio de fundición se va a manipular un crisol grafico, fue necesario
diseñar una pinza que nos permitiera meterlo y sacarlo del horno ya que la
cámara de combustión estará sometida altas temperaturas, además de que esta a
una altura de un poco más de 1m.
Es necesario que esta pinza sujete al crisol por su periferia, ya que si se sujeta por
uno de sus bordes, se corre el riesgo que se rompa por su fragilidad. El material
IM-2005-I-10
49
utilizado para la construcción de las pinzas fue tubo de hierro de 3/4 de pulgada y
lamina de hierro de 3/16 de pulgada. El material fue sometido a forja para dar el
radio de curvatura necesario y las láminas se soldaron en el extremo inferior luego
de haberlas moldeado según la geometría del crisol.
Para el diseño de estas pinzas se tomo en cuenta que debían entrar y salir de
cámara de combustión, con el crisol en el medio. Las pinzas están diseñadas
especialmente para la geometría exacta del crisol utilizado en el laboratorio.
En la Figura 5.13 se pueda observar la geometría final de las pinzas para sujetar el
crisol, y en sección 7.6 del capito 7 se da una mejor ilustración de la herramienta
en uso.
Figura 5. 13 Pinza sujetadora del crisol
IM-2005-I-10
50
5.3.5. Vertedera
Fue necesario diseñar una herramienta para facilitar el transporte del crisol
cumpliendo con la función de tener el metal fundido en la posición deseada y
evitando el derrame del líquido durante su transporte.
La herramienta esta hecha con tubo de hierro de una pulgada y láminas de hierro
de 3/16 de pulgada. La vertedera esta diseñada para ser manipulada por dos
operarios, uno en cada extremo. Como se muestra en la Figura 5.14 la
herramienta posee dos mangos en uno de los extremos, esto es para que solo uno
de los operarios tenga el dominio de la colada, es decir voltear el crisol; el otro
operario que se encuentra en el lado contrario servirá de apoyo.
Figura 5. 14 Vertedera
IM-2005-I-10
51
5.3.6. Apisonador
Se hizo una herramienta de madera (abarco de río), llamada pisón de arena
(Figura 5.15), en donde uno de sus extremos tiene forma circular y plano en su
extremo, esta parte de la herramienta sirve para apisonar la arena de moldeo de
una forma homogénea. El otro extremo de la herramienta consiste en un trozo de
madera en forma triangular y la punta es de forma redondeada. Esta parte de la
herramienta sirve para apisonar la arena en las paredes de la caja.
La herramienta está constituida por tres partes. La parte redondeada salió a partir
de un tronco cuadrado de 12 x 12cm, para llegar a su forma final fue necesario
trabajarla en un torno de madera con sus respectivas gubias. El otro extremo de
la herramienta salió a partir de un rectángulo, fue recortado, y finalmente fue
trabajado con una lija para llegar a su forma final.
Figura 5. 15 Apisonador
IM-2005-I-10
52
5.3.7. Palustre y Espátula
Estas herramientas fueron adquiridas para que cumplieran con varias funciones,
entre las cuales están, revolver la arena con la arcilla para generar una mezcla
homogénea, darle un mejor acabado a las esquinas de los moldes en caso en el
que sufran desmoronamiento y retirar el exceso de arena durante la elaboración
de los moldes, entre otras.
Figura 5. 16 Palustre y Espátula
5.3.8. Pinza para herrería
Esta herramienta esta fabricada en hierro y se consiguió su forma por medio de la
forja en caliente. Se adquirió para que se facilitara la manipulación de objetos
calientes, o para meter el metal al crisol en el momento en que se vaya a fundir.
IM-2005-I-10
53
Figura 5. 17 Pinza para herrería
5.4. Equipo de seguridad
Pensando en la seguridad de los operarios que van a trabajar en el laboratorio de
fundición fue necesario adquirir un equipo de seguridad para la protección en el
momento de estar haciendo el proceso de fundición.
El material que se escogió para dicho equipo de seguridad fue la carnaza, debido
a que es un muy buen aislante y resistente ante altas temperaturas. El equipo de
seguridad disponible en el laboratorio es para dos personas y esta compuesto por
lo siguiente:
• Dos pares de guantes de carnaza
• Dos pares de mangas de carnaza
• Dos pares de polainas de carnaza
• Un par de petos de carnaza
• Un par de caretas de esmerilar
IM-2005-I-10
54
Es importante que los operarios tengan en cuenta que este equipo es de vital
importancia al momento de manipular elementos en el laboratorio.
IM-2005-I-10
55
6. GUÍA DE PROCEDIMIENTOS PARA LA FUNDICIÓN DE UNA PIEZA DE
ALUMINIO
A continuación se darán una serie de pasos que usted deberá tener en cuenta al
momento de fundir una pieza de aluminio. Lea toda la guía antes de hacer
cualquier operación.
6.1. Recomendaciones iniciales
Antes de trabajar en el laboratorio de fundición cerciórese de que usted posee los
elementos necesarios de seguridad para este tipo de trabajo, como, guantes de
carnaza, mangas de carnaza, peto de carnaza, polainas de carnaza y la mascara
para evitar la radiación directa a la cara. Todos estos elementos usted los podrá
encontrar dentro del closet que hay en el laboratorio de función, hay uno para
cada operario.
Después de haber hecho lo anterior le recomendamos que revise si usted tiene a la
mano todas las herramientas necesarias para este proceso, y si además posee la
cantidad de materia prima necesaria para su pieza.
6.2. Preparación de la arena
Si en laboratorio no hay arana de moldeo procesada, usted deberá hacerlo. Para
ello siga las siguientes recomendaciones:
IM-2005-I-10
56
• Si usted tiene arena que no ha sido tamizada o que posee grava, pásela
primero por un tamiz 5 y posteriormente por uno 20, esto para la cantidad
de arena que usted crea necesaria según la caja de moldeo escogida.
• Cuando tenga la arena lista, será necesario agregar la bentonita. Calcule
aproximadamente del 7 al 10% de la cantidad de la arana y agrega esta
cantidad en bentonita. Revuelva muy bien la mezcla hasta que esta sea
homogénea.
• Lo siguiente y último será agregar la cantidad de agua necesaria. Para esto
agregue poco a poco en cantidades muy pequeñas el agua y mezcle,
verifique su nivel de compactación aprisionando un puñado de arena en su
mano, si calca las cavidades de su mano y queda compacta, estará lista
para moldear. No existe ninguna regla para la cantidad de agua, pero se
puede decir que es de aproximadamente el 2 o 3% de la mezcla.
6.3. Elaboración del molde
Tomando en cuenta el tamaño del modelo seleccionamos la caja que pueda
albergarlo en su interior. Cuando ya se ha escogido la caja se han de seguir los
siguientes pasos:
1. Sobre el tablero (tabla de madera un poco más grande que la caja
escogida) colocamos la caja inferior en posición invertida.
2. Se coloca el modelo dentro de la caja con la parte plana del lado del
tablero. Se debe dejar suficiente espacio para hacer el orificio de
alimentación.
3. Luego se recubre el modelo con arena de fundición previamente procesada
con un espesor de más o menos 25mm por encima de la pieza.
IM-2005-I-10
57
Figura 6. 1 Llenado de la caja
4. Se llena el resto de la caja con más arena y se prosigue a apisonar la arena.
Las paredes de deben apisonar con la parte triangular del pisón y la parte
del centro de la caja se apisona firmemente con la parte redonda del la
herramienta.
Figura 6. 2 Apisonar
5. Se debe retirar el exceso de arena en la parte superior con la espátula
procurando que quede lo mas plano posible.
IM-2005-I-10
58
6. Luego de haber retirado la arena sobrante, se rocía un poco de arena mas
fina y seca. Se coloca un tablero en la parte superior de esta caja para
cerrarla.
7. Se invierte la caja inferior y se retira el tablero que queda en la parte
superior.
8. Se coloca la caja superior encima de la caja inferior, tomando en cuenta las
guías, colocamos la parte faltante del modelo coincidiendo con la guías de
este, en caso que las tenga; se fijan barras o tubos que nos servirán para
hacer los bebederos. Se rocía arena mas fina y seca para evitar que arena
de la caja del fondo se pegue a la nueva arena que contendrá la caja
superior.
9. Se repiten los mismos pasos para el relleno con arena de fundición que se
tomaron en cuenta para la caja inferior, en la caja superior.
10. Cuando la arena este bien apisonada y firme se retiran los excesos de
arena, las barras de bebederos y de ser necesario se hacen orificios para la
salida de gases.
11. Se abre la caja con mucho cuidado para evitar el desmoronamiento del
molde. Se procede a sacar el modelo con la precaución posible.
12. Se hacen los canales de alimentación desde los bebederos hasta la pieza
que se va a fundir.
13. De ser necesario se retocan las paredes del modelo y se hace un alisado de
las superficies de contacto de las dos cajas. Luego se deben soplar ambas
superficies para retirar partículas sueltas.
14. Se cierra el molde colocando la caja superior sobre la caja inferior,
respetando las guías de la caja.
15. Luego se lleva la caja cerrada a la fosa donde se va a hacer la colada y se
retira el tablero que haya quedado en la parte inferior. De ser necesario
IM-2005-I-10
59
agrande un poco el bebedero en la parte superior en forma de embudo
para facilitar la entrada del metal.
16. El molde ya esta listo para hacer la colada.
6.4. Colocar el crisol dentro de la cámara principal
Usted deberá colocar el crisol dentro del horno, ya sea antes o después de haber
encendido el horno. Lo primero que usted debe hacer antes de encender el horno,
es colocar el ladrillo refractario en forma circular, en el centro de la cámara de
combustión, tapando el mechero de la parte inferior del horno.
Luego de haber puesto el ladrillo, con la ayuda de otra persona sostengan la pinza
para sujetar el crisol, cada uno de un extremo; la pinza debe ser sujetada con las
dos manos en el momento de abrirla o cerrarla ya que esto facilitará la
manipulación de ésta; mientras se transporta el crisol, se deberá sujetar con una
sola mano, pues no sería necesario ejercer ninguna fuerza para cambiar la forma
de la pinza, sino solo mantenerla quieta para que el crisol este seguro. La pinza se
debe manipular de la siguiente manera, con mucho cuidado se debe sujetar la
pinza un poco mas arriba del medio, recuerde que la pinza hace presión sobre el
crisol cuando los dos operarios levantan los dos extremos.
Se recomienda practicar el uso de la pinza fuera del horno para evitar accidentes
en el momento de transportar el crisol, esto se debe hacer en un lugar en donde el
crisol no corra peligro de romperse o de sufrir algún daño en caso de caerse.
Repita este procedimiento varias veces hasta que se sienta completamente
familiarizado con el procedimiento,
IM-2005-I-10
60
Figura 6. 3 Crisol en horno
Cuando tenga el crisol en la pinza, introdúzcalo lo mas preciso posible para que
quede nivelado y centrado sobre el bloque de ladrillo refractario. Luego
cuidadosamente abra y retire las pinzas sin tumbar el crisol.
6.5. Encendido del horno
Para hacer un correcto uso del horno y para que usted tenga éxito en el
laboratorio es necesario que siga los siguientes pasos para el encendido del horno.
Lea toda esta guía de encendido antes de tratar de hacer cualquier tipo de
operación.
1. Verifique antes de cualquier operación, que las puertas del horno se
encuentren abiertas y que el soplador este apagado.
IM-2005-I-10
61
Figura 6. 4 Puertas abiertas
2. Compruebe que todas las válvulas de aire y gas estén cerradas.
Figura 6. 5 Válvulas cerradas
3. Encienda el soplador y habrá solamente la válvula que se encuentra en el
tanque de gas, mas no la que esta directamente haciendo contacto con la
tubería del horno.
4. Encienda un pedazo de papel un acérquelo a la cámara principal. Abra tan
solo un poco (menos de ¼) la válvula de gas que esta en el horno para que
se encienda la cámara principal.
IM-2005-I-10
62
Figura 6. 6 Encendido del Horno
5. Abra un muy poco la válvula del aire, mas o menos por debajo de la
primera línea.
Figura 6. 7 Válvula de Aire
6. Deje calentar el horno muy lentamente.
7. Cuando el horno se caliente un poco, puede cerrar completamente las
puertas frontales y la poner la tapa superior en su sitio.
8. Abra poco a poco las válvulas de aire con intermedios de tiempo de más o
menos 7 minutos hasta que estén completamente abiertas, al mismo tiempo
verifique que la cantidad de gas sea suficiente para alcanzar las
temperaturas requeridas y de no ser así abra un poco más la válvula de gas
IM-2005-I-10
63
del horno hasta cuando sea necesario; cuando haya ocurrido esto el horno
estará completamente caliente.
9. Cuando las válvulas estén completamente abiertas y el horno este
completamente caliente, usted vera un color naranja intenso dentro de la
cámara principal (pude retirar cuidadosamente la compuerta derecha frontal
con las pinzas destinadas para este uso).
10. En este momento usted podrá introducir el metal por la parte superior con
las pinzas para herrería, este debe ser depositado suavemente para no
golpear el crisol de una forma fuerte o producir salpicadura de metal
líquido, si es el caso. Tenga mucho cuidado al manipular la tapa del horno
con la varilla terminada con un gancho en forma de U o con las mismas
pinzas para herrería.
Figura 6. 8 Metal en Crisol
Nota: Si usted percibe mucho olor a gas, es posible que nos se este haciendo una
combustión completa y necesita un poco mas de aire. Si la llama tiene un color
IM-2005-I-10
64
amarillo es necesario abrir un poco mas de aire, el ideal es que toda la llama
dentro de la cámara de combustión sea azul verdosa.
6.6. Comprobar temperatura y estado del metal
Usted puede comprobar la temperatura a la cual se encuentra la cámara principal
por medio de la termocupla que se encuentra en el laboratorio. La termocupla que
esta disponible esta hecha de “hierro-constantan”, por lo cual no se podrá dejar
por mucho tiempo en exposición con el calor directo. Este tipo de termocupla tiene
la capacidad de tomar la temperatura hasta 900℃, de hay en adelante existe la
posibilidad que esta no de una lectura correcta o que se dañe.
Abriendo la cámara superior, usted podrá comprobar mediante manera visual el
estado del metal, pero con la termocupla se podrá dar cuanta si el metal esta listo
para ser retirado del horno.
6.7. Extracción del crisol del horno
Cuando el metal este totalmente fundido y se encuentre en estado liquido, usted
puede proceder a retirar el crisol del horno para pasarlo a la vertedera.
IM-2005-I-10
65
Figura 6. 9 Extracción del crisol
Recuerde que todo metal fundido se debe verter sobre el molde a una temperatura
de 50℃ o más por encima de su temperatura de fusión. En el caso del aluminio,
la temperatura correcta para ser retirado es de 740℃ aproximadamente.
El proceso de retirado es exactamente igual al que usted hizo cuando introdujo el
crisol en el horno. Recuerde que usted tiene un material adicional dentro del crisol,
su metal ya fundido, por lo tanto este será más pesado.
6.8. Transferencia del crisol a la vertedera
Luego de que usted haya extraído el crisol del horno con el metal fundido en su
interior, puede llevarlo a la vertedera para hacer la colada final. Rocíe un poco de
arena seca sobre la zona donde va a hacer la transferencia del crisol a la vertedera
para aislar el piso del crisol y evitar que el metal fundido se enfríe, preferiblemente
haga la transferencia en la fosa como se muestra en la Figura. Coloque la
IM-2005-I-10
66
vertedera sobre el piso con cada uno de los extremos en frente de cada operario.
Asegúrese que el aro de la vertedera quede sobre la cama de arena que usted
colocó anteriormente. Coloque el crisol en el centro del agujero de la vertedera,
luego podrán levantar la vertedera por cada uno de sus extremos al mismo
tiempo. Es indispensable que tengan coordinación para esta operación, ya que si
uno de los dos levanta un extremo primero que el otro, se podría derramar el
metal fundido.
Figura 6. 10 Transferencia a vertedera
6.9. Colada
El proceso de colada consiste, en llenar el molde de metal líquido. Teniendo ya el
crisol en la vertedera es muy sencillo proceder a la colada. El operario que tenga
el control de los dos mangos en la vertedera será el encargado de voltear el crisol
IM-2005-I-10
67
para derramar el metal en forma líquida sobre el bebedero del molde para que
este se llene.
Figura 6. 11 Colada
6.10. Desmoldeo
Luego de haber hecho todos los pasos anteriores, la pieza se debe dejar enfriar
por el tiempo que sea necesario, este tiempo puede variar dependiendo del
tamaño de la pieza y del material en el que se hizo la fundición. Si se procede a
hacer el desmoldeo en un tiempo que no sea prudente, podemos obtener
irregularidades o efectos no deseados en la pieza.
6.11. Recomendaciones finales
Después de haber hecho todo el proceso de fundición se deberá verificar que todo
quede en orden, esto significa que los operarios deben apagar el horno y para esto
tienen que cerrar las válvulas de gas y de aire al mismo tiempo, también deben
tener en cuenta que para dejar enfriar el horno, lo deben hacer dejando las
IM-2005-I-10
68
puertas cerradas. Es importante que se aseguren que la válvula del gas de la
pipeta quede completamente cerrada. El equipo de seguridad tendrá que quedar
en el lugar destinado para el.
En cuanto a la arena, se deberá tratar de recuperar la mayor cantidad posible y
almacenarla debidamente, ya que esto servirá para futuras fundiciones y reducirá
los costos.
Las recomendaciones que ayudarán a que el laboratorio permanezca en buen
estado se basan en la limpieza, por lo tanto es importante recalcar que el horno
deberá quedar limpio después de usarlo por lo que es indispensable retirar el
material que puede haberse salido del crisol durante la práctica ya que este puede
ocasionar deterioro el horno. Esta limpieza de debe hacer con cuidado de no dañar
el interior de él. Además de esto las herramientas utilizadas también deberán
quedar totalmente limpias y en su lugar, todas estas actividades son para lograr
total orden y limpieza en el laboratorio y con esto asegurar un buen uso de éste.
IM-2005-I-10
69
7. CONCLUSIONES
Se cumplió con el objetivo principal del proyecto, el cual era desarrollar un
laboratorio de fundición para que los estudiantes pudieran realizar prácticas con el
fin de reforzar su conocimiento técnico. Es de gran importancia que los estudiantes
valoren la oportunidad que se les brinda al poder acercarse más a la parte técnica
y práctica, deben seguir las recomendaciones dadas en este documento para así
hacer un buen uso del laboratorio.
Para obtener unos bueno resultados en el laboratorio de fundición, es
indispensable poseer los elementos adecuados para facilitar y obtener éxito en la
práctica. Los diferentes elementos que se construyeron durante el proyecto fueron
los más destacados en el inventario de un taller de fundición a nivel industrial
según la bibliografía consultada.
Se recuperó un elemento importante que poseía la Universidad de los Andes y que
en la actualidad no estaba en uso. El horno Degussa, se ha rehabilitado no solo
con el objetivo de realizar prácticas de laboratorio sino también para la creación de
nuevos proyectos que promuevan la investigación en la Universidad de los Andes.
Es importante que el Departamento de Ingeniería Mecánica tenga interés en los
diferentes procesos en los que intervienen los metales, ya que éstos son muy
importantes en la industria de hoy en día y promueven el desarrollo de la
humanidad.
IM-2005-I-10
70
8. BIBLIOGRAFÍA
SCHUTZE ALONSO, OSCAR. Moldeo y Fundición. 3 ed. Barcelona: Editorial Gustavo
Gili S.A., 1.972.
AVELLANEDA F, ALBERTO. Curso de Metalurgia. Tomo 2. Bogotá D.C.: Servicio
Nacional de Aprendizaje SENA
AMERICAN FOUNDRYMEN´S SOCIETY, INC. Manual de arenas para fundición. 1 ed
en español, 1.967.
TAYLOR HOWWARD F, FLEMINGS M.C., WULFF J. Fundición para ingenieros. 2 ed
en español, 1.962.
GÓMEZ MURCIA, JUAN MAURICIO. Reacondicionamiento del laboratorio de
fundición. Bogotá D.C.: Universidad de los Andes, 1.994.
CISNEROS, JUAN DIEGO. Implementación de un laboratorio de fundición. Bogotá
D.C: Universidad de los Andes, 2.000.
IM-2005-I-10
71
9. ANEXOS. PLANOS DE LOS ELEMNETO DISEÑADOS Y CONSTRUIDOS
PARA EL LABORATORIO DE FUNDICIÓN
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: VERTEDERA.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
700700300
O28,2
28
200
25
400
O196
VERTEDERA
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: TAPAHORNO.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
O270
50
32,31
127,
07
40
50
2
73,698
TAPA SUPERIOR HORNO
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: SUJETADORA DE CRISOL.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
R35
2,6
1746,68
371,8
4
20
R74
,53 598,11
24,92
7,8
2
PINZA SUJETADORA DE CRISOL
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
AdministradorDibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: PLANOBODEGA.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
FOSA
MESON
ESTA
NTE
ESTA
NTE
HORN
O
GASCLOSET
PUERTA
ARENA
ESTA
NTE
PLANO BODEGA
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: PINZA COMPUERTA.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
120
50
100
60,62
700
40
200
13
60°
3
96,06
PINZA PARA COMPUERTA
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: CUCHARA.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
700
71,24
31
80
R 10
O6,35
1720
R90,49
CUCHARA
MEDIDAS EN MILIMETROS
8,49
3
O86,36
O16
6,91
230
10,08Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: crisl.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
CRISOL FORMA NORMAL EN GRAFITO
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: CAJA DE MOLDEO.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
CAJA DE MOLDEO
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: APISONADOR.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
235
110
70
O 36
O12
0R 5
R 17 7775
215
125
APISONADOR DE ARENA
MEDIDAS EN MILIMETROS
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: 45x45.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
430
20 20
20
4040
40
LADO CAJA 45 X 45CM
Revisiones
Rev Descripción Fecha Aprobado
JUAN PABLODibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: 35x35.dft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
330
2020
4040
40
20
LADO CAJA 35 X 35CM
Revisiones
Rev Descripc ión Fecha Aprobado
GENNIUSDibujadoComprobadoAprobado 1Aprobado 2
Salvo indicación contrariacotas en milímetrosángulos en grados
tolerancias ±0,5 y ±1º
Nombre Fecha SOLID EDGEEDS-PLM SOLUTIONS
Título
A3 Plano Rev
Archivo: 25x2 5.d ft
Escala Peso Hoja 1 de 1
24/06/05
20
4040
20
20
230
40
LADO CAJA 25 X 25CM