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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica 2013
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
INFORME DE LABORATORION°2
PREVIO
Curso: Procesos de Manufactura
Código del curso: MC 216.
Sección: A
Profesor: Leonor María Zegarra Ramírez.
INTEGRANTES:
INGA VALENTIN ANGEL 20110268BMOSQUERA PANDURO HORACIOFERNANDEZ VILLANUEVA DAVIDCHAMORRO DUEÑAS EFRAINPALACIOS AGUIRRE ROBERTO
2013– II
1 Procesos de Manufactura
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LABORATORIO DE ANÁLISIS DE MOLDEO Y COLADA
OBJETIVOS
El presente laboratorio tiene como objetivos:
El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de contracción del aluminio (obtener el real), así como verificar los cálculos relativos a la ubicación del bebedero, mazarotas y empuje metalostatico para que no tenga defectos la fundición.
Mostrar el proceso de un proceso real de Moldeo y Colada
Conocer y utilizar los equipos y procedimientos para realizar
una pieza mediante el moldeo y colada, y además identificar los
defectos producidos en la pieza.
FUNDAMENTO TEORICO
Productos carburados presentados o que se pueden presentar,
después de la solidificación, eutéctica (eutéctica de cementita en las
fundiciones blancas y eutéctica con grafito laminar en los grises). En
ausencia de otros elementos distintos del carbono, este corresponde
a c1,7%. Este contenido límite varía con los demás elementos, pero
puede ser definido en función del análisis químico como la red de
eutéctica de cementita (o las plaquitas de grafito) se oponen a las
deformaciones plásticas, estos productos son pocos o nada
maleables.
Es en esencia una aleación hierro carbono que contiene eutéctica.
En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del acero, la
fusión del metal no constituía una parte integral de proceso. El
mineral se reducía químicamente empleando carbón vegetal y la
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masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una consistencia
compacta. La técnica de la producción de las altas temperaturas no
había avanzado lo suficientemente en una época para hacer posible
la fusión del hierro en una escala industrial, aun hoy en día, algunos
metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen punto de fusión
muy elevados, se producen más convenientemente por métodos de
metalúrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la producción
metalúrgica, la fusión y vaciado constituyen los pasos primarios de
los procesos de manufactura.
La introducción de metales tales como el titanio en la esfera de las
operaciones metalúrgica, trajo consigo nuevas dificultades a resolver.
El titanio fundido reacciona no solamente con la mayor parte de los
gases, sino que también ataca a todos los refractarios ortodoxos
empleados en los hornos. El método un tanto nuevo de fundir el
titanio, por medio de un arco eléctrico en un crisol de cobre enfriado
por agua, es el que se emplea actualmente.
Requisitos principales de un metal fundido antes del vaciado son:
- Que su composición química y pureza se haya mantenido
durante la fusión.
- Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.
La obtención de temperatura de vaciado correcta es sumamente
importante si se vacía el metal o la aleación a una temperatura
demasiado baja puede no fluir adecuadamente y no llenar todas las
regiones del molde y en el mejor de los casos se puede resultar un
vaciado con numerosas rechupes. El uso de una temperatura de
vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una
fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.
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Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la
carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es
volátil a la temperatura de vaciado de la aleación. La fuente más
común de impurezas durante un proceso de fusión es el combustible
o los productos de la combustión.
Según (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de
fundiciones especiales que respondan a necesidades muy variadas:
- Fundición grises y metálicas
- Fundición blancas especiales
- Fundiciones refractarias
- Fundiciones resistentes a la corrosión.
Clasificación de los hornos usado para la fusión:
Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían
mucho en capacidad y diseño. Varían desde los pequeños hornos de
crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de
hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad. El tipo de horno
usado para un proceso de fundición queda determinado por los
siguientes factores:
- Necesidades de fundir la aleación tan rápidamente como sea
posible y elevarla a la temperatura de vaciado requerida.
- La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como
precisión de su composición.
- La producción requerida del horno.
- El costo de operación del horno.
Tipos de hornos usados en fundición:
- El cubilote de fundición.
- Los hornos de reversos.
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- Hornos rotatorios.
- Hornos de crisol.
- Hornos de crisol de tipo sosa.
- Hornos basculantes.
- Hornos de aire.
- Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.
Convertidores: no es fundamentalmente un horno de fusión, aun
cuando se use en la producción de acero para manufactura de
vaciado.
Punto de fusión aprox. De los metales:
Los metales se funden a diferentes temperaturas.
La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales más
comunes.
METALES PUNTO DE FUSION
Estaño 240°C (450°F)
Plomo 340°C (650°F)
Cinc 420°C (787°F)
Aluminio 620°-650°C (1150°-1200°F)
Bronce 880°-920°C (1620°-1680°F)
Latón 930°-980°C (1700°-1800°F)
Plata 960°C (1760°F)
Cobre 1050°C (1980°F)
Hierro fundido 1220°C (2250°F)
Metal monel 1340°C (2450°F)
Acero de alto carbono 1370°C (2500°F)
Acero medio para carbono 1430°C (2600°F)
Acero inoxidable 1430°C (2600°F)
Níquel 1450°C (2640°F)
Acero de bajo carbono 1510°C (2750°F)
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METALES PUNTO DE FUSION
Hierro forjado 1593°C (2900°F)
Tungsteno 3396°C (6170°F)
Vaciados en arena
A parte de los metales metalúrgicos formados por métodos en que
interviene la metalurgia de polvos, los metales y las aleaciones se
funden primero y luego se vacían en un molde de forma
predeterminada. En algunos casos, el molde puede ser de forma
simple obteniéndose lingote que subsecuentemente se forma
plásticamente por forjado, laminado o extrusión.
Pasos básicos en un proceso de vaciado de arena:
1. Requiere primero del moldeo en arena de fundición, alrededor
de un patrón adecuado de tal manera que este pueda retirarse,
dejando un cavidad de la forma requerida en arena. Para
facilitar este procedimiento, el molde de arena se divide en dos
o más partes.
2. En vaciados de formas simples, puede usarse un molde de dos
partes, en el que cada mitad está contenida en un marco en
forma de caja.
Defectos en los vaciados de arena:
Los defectos pueden presentarse por fallas técnicas que se pueden
clasificar bajo los siguientes encabezados:
- Mala práctica en la fusión.
- Mala práctica en el vertido.
- Moldeo pobre.
- Diseño incorrecto del moldeo, composición incorrecta del metal.
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Si un vaciado tiene cargadores inadecuados los efectos de rechupe se
pueden manifestar como porosidad interna, cavidades, o bien, en la
forma de depresiones en la superficie del vaciado, como se ha
indicado antes.
- Las burbujas.
- Las inclusiones.
- Los pliegues fríos.
- Roturas en calientes.
Arena y mezcla para moldeo
La arena es el material básico que emplea el moldeador para
confeccionar sus moldes, para los diversos tipos de metales y
aleaciones que usualmente se producen en los talleres y fabricas de
producción.
La planta centralizadora de arena ubicada en un taller o fabrica
suministra arenas ya preparadas mediante un sistema de cintas
transportadoras a las distintas secciones del moldeo, a través de los
depósitos y tolvas de almacenaje, situados en mayor altura y que
reciben continuamente la arena usada para acondicionarla
nuevamente.
Distintos tipos de arenas para moldeo:
- Arena Verde: es una arena húmeda, es decir, que se ha secado.
- Arena seca: es aquella a la que se le ha eliminado toda la
humedad antes de efectuar la colada, mediante el secado de
enfurtas.
- Arenas de revestimiento o de contacto: es la que se apisona
contra la cara del moldeo y una vez extraído este, formará la
capa interna del molde.
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Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado.
EQUIPOS Y MATERIALES
Modelo ( seleccionado la clase anterior)
Cajas de moldeo
Tabla de Moldeo
Herramientas de moldeo
Talco ó grafito
Ductos para bebederos
Arena de Moldeo
Arena para almas
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CALCULOS
1) Tomar las medidas el modelo seleccionado
Para la pieza 1
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Hallando el volumen del modelo
Pieza Diámetro
Lado
Altura Volumen
1 1,7 - 1,5 3,40470103833 cm3
2 3,0 - 2,2 15,5508836353 cm3
3 - 2,0 0,8 8,31384387632 cm3
4 3,0 - 3,0 21,2057504117 cm3
5 2,5 - 2,2 10,7992247468 cm3
6 0,9 - 1,8 1,14511052223 cm3
VOLUMEN TOTAL 60,4195142307
cm3
Como necesitamos la masa de Aluminio, necesitamos conocer la densidad del aluminio que es 2,7 gr/ cm3 a temperatura ambiente, entonces tenemos:
Calculo de la masa:
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Área de enfriamiento de la pieza:
Volumen de la mazarota:
Para el cálculo de la mazarota tenemos la siguiente relación que depende de la contracción volumétrica del aluminio. (7% - solidificación)
Vm = Volumen de la mazarotaVp = Volumen de la piezan = coeficiente de seguridad [1,5-3] c = coeficiente de contracción
Para la Pieza 2
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Hallando el volumen del modelo
Pieza Radio Lado
Altura Volumen
1 2.875 - 4.59 119.189570908 cm3
2 4,675 - 2,94 201,864724562 cm3
3 3,825 - -2,335 1,8 7,18 213,405336079 cm3
4 1,73 - 4,39 41,2768549464 cm3
5 2,37 - 1,88 33,1745021387 cm3
6 1,30 - 3,66 19,4320071995 cm3
VOLUMEN TOTAL 628,342995834
cm3
Como necesitamos la masa de Aluminio, necesitamos conocer la densidad del aluminio que es 2,7 gr/ cm3 a temperatura ambiente, entonces tenemos:
Calculo de la masa:
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Área de enfriamiento de la pieza:
Volumen de la mazarota:
Para el cálculo de la mazarota tenemos la siguiente relación que depende de la contracción volumétrica del aluminio. (7% - solidificación)
Vm = Volumen de la mazarotaVp = Volumen de la piezan = coeficiente de seguridad [1,5-3] c = coeficiente de contracción
2) Determinar el empuje metalostatico
Para determinar el empuje metalostatico, tenemos que darnos cuenta que este es debido a el fluido ingresado en la fundición.
Del siguiente grafico obtenemos que el volumen especifico del Aluminio es 0,43 aprox. (Tomamos la densidad en modo líquido para el empuje) y calculamos la densidad:
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0.36
0.37
0.38
0.39
0.4
0.41
0.42
0.43
0.44
0 200 400 600 800 1000
Temperatura ( ºC )
Volu
men
esp
ecifi
co (
cm3/
g )
Además de la densidad necesitamos el volumen que recibe dicho empuje, en este caso es el volumen que se encuentra por encima del molde, tomamos como altura de la mitad de la caja como h=15 cm. Lo calculamos de la siguiente manera:
Para el primer modelo:
Ahora calculamos el empuje según la fórmula de fluidos:
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Por lo tanto el empuje es 9,0535 Newton, con esto podemos darnos cuenta que esta pieza no necesitara un peso para contrapesar el empuje, ya que este empuje es aproximadamente ejercido como por un kilo de arena, y en la caja hay mucho más de lo mencionado, esto además se verifica por la pequeñez del modelo.
Para el segundo modelo:
Ahora calculamos el empuje según la fórmula de fluidos:
Por lo tanto el empuje es Newton, con esto podemos darnos cuenta que esta pieza si necesitara contrapesar el empuje, ya que este empuje es mayor al anterior, para eso habría que hacer los cálculos de peso de arena y peso de caja para verificar cuanto de peso se necesitara.
3) Volumen Final y deformación de las piezas finales
El proceso de fundición empieza con el diseño del modelo para así fabricar el molde, este tiene una cavidad cuya forma geométrica determina la forma de la parte a fundir. La cavidad debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento Cada metal tiene porcentaje de contracción, por tanto la precisión dimensión es crítica, la cavidad debe diseñarme para el metal en particular que se va a fundir.
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Por lo tanto:
Siendo el coeficiente de contracción del aluminio 72*10-6, el volumen final se deduce por:
Dónde: la variación de temperatura es punto de fusión = 660ºC – Tamb=25ºC
=635ºC
Así tenemos el porcentaje de reducción volumétrico:
Porcentaje de reducción es = %
% = 4.372%
Y el porcentaje de reducción lineal se aproxima mediante el
enfoque , entonces podemos aproximar:
Para la primera pieza
57,7779083 cm
A continuación mostramos una tabla con los volúmenes y medidas reducidas que se obtendrán después de la fundición de la pieza Nº1:
Pieza Diámetro Lado AlturaVolumen final
1 1,6752 - 1,4784 3,25584752 2,9563 - 2,1679 14,8709993 - 1,9709 0,7883 7,95036264 2,9563 - 2,9563 20,2786355 2,4636 - 2,1679 10,327083
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6 0,8869 - 1,7738 1,0950463 VOLUMEN TOTAL 57,777973
Para la segunda pieza
600,8718345 cm
A continuación mostramos una tabla con los volúmenes y medidas reducidas que se obtendrán después de la fundición de la pieza Nº2:
Pieza Radio Lado Altura Volumen final1 2.8331 - 4,5231 113,9786022 4,6069 - 2,8972 193,0391943 3,7693 - -
2,3010 1,7738 7,0754 204,0752494 1,7048 - 4,3260 39,4722305 2,3355 - 1,8526 31,7241136 1,2810 - 3,6067 18,582440
VOLUMEN TOTAL 600,87183
4) De acuerdo al volumen calcular el tiempo de solidificación
Aproximaremos el tiempo según la relación:
Para el primer modelo tenemos:
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Esto quiere decir que el tiempo aproximado de solidificación es aproximadamente 1 min, esto se debe a que el modelo es pequeñísimo y con un pequeño volumen se verifica tal enfriamiento.
Para el segundo modelo tenemos:
Esto quiere decir que el tiempo aproximado de solidificación es aproximadamente 4 min, esto se debe a que este modelo es más grande que el anterior y necesitara mayor tiempo de enfriamiento.
PROCEDIMIENTO
Se selección la caja de acuerdo al tamaño del modelo: Para esto hay que tener en cuenta que la caja debe tener una distancia considerable entre los bordes y el molde que se realizara ya que si esta distancia es muy corta puede ocurrir un desborde al retirar el modelo.
Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la posición de las asas )
Ubicar el modelo ( si es entero ) o la mitad del modelo ( si es partido) en el centro de la caja
Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo: Esto permite facilidad para el momento de quitar el modelo, además el grafito se puede usar para el final de manera que quede mejor el moldeo.
Agregar la arena de contacto (arena tamizada) aproximadamente que tape 5 cm al modelo: La tamizada permite que sea un aplastamiento uniforme para evitar aglomeraciones alrededor del molde.
Presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la propiedad plástica de la arena
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Llenar la caja con arena de relleno
Compactar con los atacadores
Enrasar con una regla
Voltear la caja y colocar la caja superior
Colocar la otra mitad del modelo ( si es modelo partido)
Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas: Para esto hay que tener en cuenta las zonas calientes de los modelos, y el bebedero debe ser escogido de tal manera que el enfriamiento sea uniforme y no haya desperfectos por rechupe.
Se procede tal como en la caja inferior
Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la copa del bebedero
Abrir la caja , extraer el modelo y colocar el ó las almas si es que las tienen
Hacer el conducto de colada y los de las mazarotas
Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición de las cajas coincidan
Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad
Colocar su caja en la zona de colada
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Tomar la temperatura de colada
Sacar el producto
Tomar las medidas obtenidas en su producto
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Cuadro Nro.
Metal o aleación
Temperatura de fusión 0C
Calor específico del sólido
Calor específico del líquido
Calor latente de fusión
Estaño 232 0.056 0.061 14Plomo 327 0.031 0.04 6Zinc 420 0.094 0.121 28Magnesio 650 0.25 ----- 72Aluminio 657 0.23 0.39 85Latón 900 0.092 ----- ----Bronce 900 a 960 0.09 ----- ----Cobre 1083 0.094 0.156 43Fundición gris
1200 0.16 0.20 70
Fundición blanca
1100 0.16 ---- ----
Acero 1400 0.12 ---- 50Níquel 1455 0.11 ---- 58
21 Procesos de Manufactura
Rechupes
Rechupes
Superficie áspera y porosa
Rebabas
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OBSERVACIONES
Se observa que se produce rechupe en la pieza debido al lugar donde se colocaron las mazarotas y que solo se pusieron dos.
Se observa que la superficie de la pieza es áspera esto debido a la finura de la arena.
En la superficie de la pieza puede verse que es porosa debido a los gases que produce el aluminio.
Se observan rebabas en el límite entre las cajas de moldeo.
RECOMENDACIONES
Debe tenerse cuidado al picar el molde porque si este entra en la cavidad, el metal liquido puede entrar en la perforación y producir lo que se conoce como “cola de ratón”.
Debe presionarse bien la arena a fin de que esta esté bien compacta y no se desmorone.
Debe elegirse el lugar de la mazarota lo más cerca posible a la cavidad, sin tocarla, para evitar rechupes.
El canal de la mazarota a la cavidad no debe ocupar mucha área de esta para facilitar la extracción de las mazarotas.
22 Procesos de Manufactura
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CONCLUSIONES
Se concluye que para obtener una pieza sin defectos por rechupes debe tomarse en cuenta cuantas mazarotas deben ser puestas en el molde de arena, el lugar donde se colocan y el diámetro de estas.
Debe calcularse el empuje metalostático para determinar el peso que debe colocarse encima ya que si no puede levantar el molde y derramarse el aluminio líquido.
23 Procesos de Manufactura