fundicion en coquilla o molde permanente
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Universidad Católica del Norte
Facultad de Ingeniería y Cs. Geológicas
Departamento de Ingeniería Metalúrgica y Minas
PROCESOS DE CONFORMADO DE METALES:
FUNDICIÓN EN COQUILLA O MOLDE PERMANENTE
Alumnos:
José Corante
Ricardo Lasnibat
Miguel Vásquez
Profesor: Claudio Apaz
Asignatura: Ciencia de los materiales
Antofagasta, 03 de Mayo del 2013
“Fundición en coquilla o molde permanente”
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I. Resumen
El presente informe tiene como objetivo exponer, explicar e informar todo sobre el
proceso de conformado de metales a través de fundición en coquilla o molde permanente,
en el cual se presenta principalmente una descripción general y particular del proceso
propiamente tal, es decir, en qué consiste, que producto se obtiene, cual es el fin u objetivo
por el cual se emplea este proceso, además de exponer las diferentes ventajas y desventajas
de este proceso en comparación a otros tipos de conformados por la vía de fundición y
finalmente exponer sus principales aplicaciones que tiene en la industria. A grandes rasgos
el proceso de fundición en coquilla o molde permanente, consiste en verter un metal puro o
aleación fundida sobre un molde de hierro con la forma adecuada, luego se deja enfriar y
se procede al desmolde de la pieza. En la actualidad debido a la demanda que se encuentra
en el mercado, las empresas que se dedican al proceso de fundición están utilizando la
producción en serie para disminuir los costos en el proceso de fabricación de piezas
fundidas, ya que el moldeo a mano requiere mucho personal, mayor tiempo de elaboración
de los moldes y además tiene muchas limitantes.
La producción de molde permanente o coquilla es uno de los procesos que esta
sustituyendo al moldeo a mano debido a las ventajas que presenta este proceso en relación
al moldeo a mano.
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II. Tabla de contenidos y Nomenclatura
I. Resumen ..................................................................................................................... 2
II. Tabla de contenidos y Nomenclatura ....................................................................... 3
i. Nomenclatura: ......................................................................................................... 4
ii. Índice de Figuras: .................................................................................................... 4
1. Introducción ................................................................................................................ 5
1.1. Objetivos: ............................................................................................................ 5
2. Fundamentos teóricos: Descripción del proceso de fundición en coquilla o molde
permanente ........................................................................................................................ 6
2.1. Fases de la fundición en coquilla por gravedad ..................................................... 6
2.1.1. Variantes del proceso de fundición con molde permanente: .............................. 7
2.1.2. Fundición hueca: .............................................................................................. 7
2.1.3. Fundición a baja presión: .................................................................................. 7
2.1.4. Fundición con molde permanente al vacio: ....................................................... 8
2.1.5. Fundición en dados o matrices: ......................................................................... 8
2.1.6. Fundición centrifuga: ..................................................................................... 11
3. Ventajas y desventajas del uso de la fundición en coquilla o molde permanente: ....... 13
3.1. Ventajas: ............................................................................................................ 13
3.2. Desventajas: ....................................................................................................... 14
4. Aplicaciones ............................................................................................................. 15
5. Bibliografía ............................................................................................................... 16
Libros .......................................................................................................................... 16
6. Anexos ..................................................................................................................... 17
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i. Nomenclatura:
MPa: mega pascales
ii. Índice de Figuras:
Figura 1: Fundición a baja presión.
Figura 2: Configuración general de una máquina de fundición en dados (cámara fría).
Figura 3: Ciclo de la fundición en cámara fría.
Figura 4: Ciclo de la fundición en cámara caliente.
Figura 5: Disposición de la fundición centrífuga real.
Figura 6: Diagrama de flujo final.
Figura7: (a) Fundición centrífuga, (b) fundición.
Figura 8 Utensilios domésticos.
Figura 9 Pistones.
Figura 10 Culatas.
Figura 11 Ornamentos metálicos.
Figura 12 Cuerpo de bomba radial.
Figura 13 Cuerpo de bomba.
iii. Índice de tablas:
Tabla 1 Aplicaciones según el tipo de fundición.
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1. Introducción
En los procesos de conformado de los metales existen diferentes formas de
conformar la pieza de metal, según el tipo de producto que se quiere obtener con sus
respectiva indicación del cliente, en cuanto a la composición química, a la forma, al
acabado, a las propiedades mecánicas requeridas, se realiza procesos tales como:
laminación en frio y en caliente, extrusión, colada continua, trefilado, forja, inyección por
moldeo, fundición en molde de arena, fundición a la cera perdida, fundición en coquilla o
molde permanente. En el presente informe se expondrá todo respecto al procesos de
fundición en coquilla o molde permanente, ya sea, la descripción del proceso, sus
principales variaciones, sus ventajas y desventajas frente a otro tipo de conformados, y
principalmente sus aplicaciones en las diferentes industrias. El principio de la fundición es
el siguiente: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar. Una de las razones
por el cual se elaboran piezas en moldes permanentes, es por el costo relacionado que tiene
las fundiciones con molde desechables, ya que se debe generar un molde por cada pieza que
elabora, en cambio en la fundición con molde permanente, con el mismo molde se pueden
elaborar piezas en serie, además que permite la elaboración de piezas de mayores
dimensiones y peso, de hasta 100 toneladas.
1.1. Objetivos:
Generales
o Explicar sobre el proceso de conformado de metales a través de la fundición
en coquilla o molde permanente
Específicos:
o Exponer en qué consiste la fundición en coquilla o molde permanente.
o Exponer las principales variaciones del proceso.
o Exponer las ventajas y desventajas de este proceso respecto a otras.
o Exponer las principales aplicaciones en la industria
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2. Fundamentos teóricos: Descripción del proceso de fundición en
coquilla o molde permanente
El proceso de fundición en coquilla o molde permanente por gravedad, el metal
fundido es vaciado sobre el molde o coquilla y penetra a través de el por su propio peso, el
metal fundido puede estar en un contenedor o en una cuchara de fusión fuera de la coquilla.
Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado y las dimensiones
no están sujeto a restricciones de calidad. Una coquilla (molde metálico, normalmente de
acero o fundición gris) es un tipo de intercambiador de calor la cual está sujeto a las leyes
de trasferencia de calor, la coquilla para fundición por gravedad usa un molde metálico
construido de dos secciones las mismas que están diseñadas para cerrar y abrir con
precisión y facilidad. Las cavidades del metal junto con las de vaciado son hechas por
maquinado, en las dos mitades del molde con la finalidad de obtener precisión en las
dimensiones y un buen acabado superficial.
2.1. Fases de la fundición en coquilla por gravedad
Las fases del proceso de fundición en coquilla por gravedad se describen a continuación:
Primera fase: la coquilla se precalienta, esto se realiza para evitar choques
térmicos entre el metal fundido y la coquilla.
Segunda fase: se inserta el noyo en el caso que la pieza fundida ya a hacer
hecha con un vaciado y luego se cierran las mitades.
Tercera fase: dosificar el metal. Una cuchara de colada se sumerge en el baño
del metal fundido y toma el volumen necesario para el llenado de la coquilla.
Cuarta fase: el llenado de la coquilla se realiza por la bajada de la colada, el
canal de alimentación y por las entradas de la alimentación. Penetrando en la
coquilla.
Quinta fase: la mazorta, que sirven para compensar la contracción del metal de
la pieza en el momento de la solidificación. Durante toda la colada y con el fin
de evitar que se creen cavidades por la contracción del metal, se rellenan unas
masas alimentadoras o reservas de metal líquido, llamadas mazortas. Estas
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mazarotas guardan el metal líquido durante más tiempo, y este metal
alimentará a la pieza durante la solidificación e impedirá la formación de
cavidades llamadas rechupes.
Sexta fase: se abre las mitades de las coquillas y se extrae la pieza fundida de
la coquilla.
Séptima fase: se observa la pieza terminada.
2.1.1. Variantes del proceso de fundición con molde permanente:
2.1.2. Fundición hueca:
La fundición hueca es un proceso de molde permanente en el cual se forma
un hueco al invertir el molde, después que el metal a solidificado
parcialmente en la superficie del molde, drenando así el metal líquido del
centro. La solidificación empieza en las paredes relativamente frías del
molde y progresa con el tiempo hacia la parte media de la fundición. El
espesor del casco se controla por el tiempo que transcurre antes de drenar.
La fundición hueca se usa para hacer estatuas, pedestales de lámparas y
juguetes a partir de metales de bajo punto de fusión como plomo, zinc y
estaño. En estos artículos lo importante es la apariencia exterior, pero la
resistencia y la geometría interior de la fundición no son relevantes.
2.1.3. Fundición a baja presión:
El vaciado tradicional de la colada consiste en llenar un recipiente gracias al
efecto de la gravedad, sin embargo este método introduce un metal que ha sido
expuesto al aire, por lo cual se generan defectos debido a la oxidación, además
de porosidades. Una forma de reducir la oxidación y las porosidades, además de
mejorar las propiedades mecánicas es mediante la fundición a baja presión, en la
cual el metal fundido o colada es ingresada al molde producto de una presión de
aproximadamente 0,1 MPa, la cual es aplicada desde la posición inferior del
molde, de modo que el metal fluya hacia arriba, como se muestra en la siguiente
imagen.
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Figura 1: Fundición a baja presión.
2.1.4. Fundición con molde permanente al vacio:
La fundición con molde permanente al vacío es una variante de la fundición
a baja presión en la cual se usa vacío para introducir el metal fundido en la
cavidad del molde. La configuración general del proceso es similar a la
operación de fundición a baja presión. La diferencia es que se usa la presión
reducida del vacío en el molde para atraer el metal líquido a la cavidad, en
lugar de forzarlo por una presión positiva de aire desde abajo. Los beneficios
de la técnica al vacío, en relación con la fundición a baja presión, son que se
reduce a porosidad del aire y los efectos relacionados, obteniendo una mayor
resistencia del producto de fundición.
2.1.5. Fundición en dados o matrices:
La fundición en dados es un proceso de fundición en molde permanente
en el cual se inyecta el metal fundido en la cavidad del molde a alta
presión.las presiones varían de 7 a 350 MPa. La presión se mantiene durante
la solidificación, luego el molde se abre para retirar la pieza. Los moldes en
la operación de fundición se llaman dados. La característica principal de este
tipo de fundición es el uso de alta presión para forzar a l metal dentro de la
cavidad del dado.
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Figura 2: Configuración general de una máquina de fundición en dados (cámara fría).
2.1.5.1. Cámara fría: En las maquinas de cámara fría el material proviene de un
recipiente externo para realizar la colada, este se vacía en una cámara sin
calentar y se emplea un pistón de alta presión que pueden abarcar entre 14 y
140 MPa, para inyectar el fluido metálico, con respecto a las maquinas de
cámara caliente, esta es más lenta en la elaboración de las piezas, debido al
tiempo que requiere la cucharada de colada para vaciar el material liquido
proveniente de una fuente externa. Sin embargo igualmente son de alta
producción y principalmente se usa para fundiciones de alto punto de fusión
como el aluminio, latón y aleaciones de magnesio, igualmente es aplicable
para fundiciones de bajo punto de fusión como el cobre, plomo etc, pero para
estos últimos es más apropiado utilizar más maquinas calientes debido a la
rapidez del proceso. El ciclo de producción se explica en la siguiente
secuencia de imágenes.
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Figura 3: Ciclo de la fundición en cámara fría.
2.1.5.2. Cámara caliente: En las maquinas de cámara caliente se cuenta con un
recipiente que esta adherido a la maquina, en donde es fundido el material y
además de un sistema de inyección que funciona mediante el empleo de un
pistón de alta presión las que comúnmente en la industria se encuentran en el
rango de entre 7 y 35 MPa. El hecho de trabajar a altas temperaturas genera
la limitación de que no se puede trabajar con metales que tengan altos puntos
de fusión, ya que el sistema de pistón al tomar contacto con el metal fundido
provoca la deterioración del pistón por ataques químicos. Algunos de los
metales que se pueden tratar son cobre, plomo, zinc, estaño. La fundición en
cámara caliente se muestra en la siguiente secuencia de imágenes.
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Figura 4: Ciclo de la fundición en cámara caliente.
2.1.6. Fundición centrifuga:
2.1.6.1. Fundición centrifuga real: el metal fundido se vacía en un molde que
está girando para producir una parte tubular, se usa para elaborar tubos,
caños, maguitos y anillos. El metal fundido se vacía en el extremo de un
molde rotatorio horizontal. La alta velocidad genera fuerzas centrifugas
que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde.
Figura 5: Disposición de la fundición centrífuga real.
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2.1.6.2. Fundición semi centrifuga: En este método se usa la fuerza centrífuga
para producir fundiciones solidas en lugar de partes tubulares, como se
muestra en la figura. La velocidad de rotación se ajusta generalmente
para un factor-g alrededor de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas
que alimenten metal fundido desde el centro. La densidad del metal en la
fundición final es más grande en la sección extrema que en el centro de
rotación. El proceso se usa frecuentemente para producir fundiciones en
la que se elimina el centro mediante maquinado, excluyendo así la
porción de más baja calidad. Los volantes y las poleas son ejemplos de
fundiciones que pueden hacerse por este proceso. Se usan
frecuentemente moldes consumibles o desechables en la fundición semi-
centrífuga, como sugiere nuestra ilustración del proceso.
Figura 6: Diagrama de flujo final.
2.1.6.3. Fundición centrifugada: en esta función el molde se diseña con
cavidades parciales localizadas lejos del eje de rotación, de manera que
la fuerza centrífuga distribuya la colada del metal entre estas cavidades.
El proceso se usa para partes pequeñas, la simetría radial de la parte no
es un requerimiento como en los otros dos métodos de fundición
centrífuga.
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Figura7: (a) Fundición centrífuga, (b) fundición.
3. Ventajas y desventajas del uso de la fundición en coquilla o
molde permanente:
3.1. Ventajas:
Una ventaja importante en comparación con el colado de arena, es que se
puede fundir con la pieza con roscas exteriores, agujeros, etc.
La pieza tiene un buen acabado superficial y limpias, lo que evita un
posterior trabajo de acabado.
La exactitud en las medidas en comparación a la fundición en arena es
mayor, pero menor que el colado a inyección.
Se observa que al estructura es densa y de grano muy fino producto de la
solidificación rápida, por lo que las propiedades mecánicas en estas son
mejores, que las piezas coladas en molde de arena, por esta razón es posible
disminuir el peso de las piezas fundidas en coquilla y por ende ahorrar
material.
La producción de piezas fundidas aumenta considerablemente en relación al
moldeo manual en arena.
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Se reduce el sobre espesor de las piezas fundidas, por lo cual se reduce el
costo de producción.
Se puede utilizar el mimo molde reiteradas veces.
3.2. Desventajas:
Elevado costo en la elaboración de la coquilla, por lo tanto no se justifica
para una producción unitaria, sino en grandes cantidades.
No es aconsejable fundir aceros por su alto punto de fusión debido a que la
coquilla se desgasta con facilidad.
Se limita solo a metales con bajo punto de fusión.
Se limita a formas geométricas simples, debido a la necesidad de abrir el
molde.
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4. Aplicaciones
Las aplicaciones para la fundición en moldeo permanente son variadas, debido a
las mismas variantes en la fundición permanente, en la siguiente tabla se
muestran algunas.
Tabla 1 Aplicaciones según el tipo de fundición.
Método Aplicación
Fundición hueca Fabricación de objetos ornamentales,
estatuas, pedestales de lámparas, objetos
decorativos y juguetes
Fundición en dados Piezas de motores, maquinas de oficina,
herramientas de mano
Fundición centrifuga Camisas de cilindro, anillo de cojinetes
En general las aplicaciones de fundición en molde permanente son las siguientes;
pistones para motores, culatas, bielas, cuerpos en bruto para engranajes,
cuerpos de bomba, piezas para maquinaria aeronáutica, proyectiles, utensilios
domésticos y de decoración.
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5. Bibliografía
Libros
Groover Mikell. “Fundamentos de la manufactura moderna” 1° edición. Pag 272-280
Arias Espin Willian Danilo “ Diseño y construcción de un equipo para colado en molde
permanente”. Facultad de Ingeniería Mecánica, Escuela Politécnica Nacional. Pag 1- 18
Apuntes de tecnología industrial I “Procedimiento de fabricación” archivo pdf
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6. Anexos
Figura 8 Utensilios domésticos.
Figura 9 Pistones.
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Figura 10 Culatas.
Figura 11 Ornamentos metalicos.
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Figura 12 Cuerpo de bomba radial.
Figura 13 Cuerpo de bomba.