Procesos de Manufactura

Capitulo IIProcesos de Fundición

Objetivo

El estudiante explicará los principales procesos de fundición para elaborar piezas.

Procesos de Fundición

Procesos de Fundición

• El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac. Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se endurezca al enfriarse.

Procesos de Fundición• Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario

hacer las siguientes actividades: – Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas – Diseño del molde – Preparación de los materiales para los modelos y los moldes – Fabricación de los modelos y los moldes – Colado de metal fundido – Enfriamiento de los moldes – Extracción de las piezas fundidas – Limpieza de las piezas fundidas – Terminado de las piezas fundidas – Recuperación de los materiales de los moldes

Procesos de Fundición

El producto de la fundición es una pieza colada.Puede ser des de 1 Kg hasta varias Toneladas.Su composición química puede variar según necesidades.

Tipos de fundición a la arena

• Modelo removible

• Modelo disponible o desechable

– Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.

Factores para una buena fundición

1. Procedimiento de Moldeo2. Modelo3. Arena4. Corazones5. Equipo Mecanico6. Metal7. Vaciado y Limpieza

Procedimiento de Moldeo

Los Moldes se clasifican según los materiales usados

•Moldes de arena verde•Moldes con capa seca•Moldes con arena seca•Moldes de arcilla•Moldes Furanicos•Moldes de CO2•Moldes de Metal•Moldes Especiales

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes de arena – Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de

moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza.

Figura 5.2

Moldes de arena verde

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes de capa seca – Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de

arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes con arena seca – Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde

común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes de arcilla – Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con

ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes furánicos – Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o

corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente para recibir el metal fundido.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición con moldes de CO2 – En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con

silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes de metal– Se usan principalmente en fundición en matriz de

aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.

Procedimiento de Moldeo

• Fundición en moldes especiales – Plástico, cemento, yeso, papel, madera y hule, todos estos

materiales son usados en moldes para aplicaciones particulares .

Procedimiento de MoldeoTambién los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el

que se fabrican.

• Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a la mano del trabajador.

• Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser transportadas de un sitio a otro.

• Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.

• Moldeo en maquina. Las maquinas hacen un numero de operaciones que el moldeador hace a mano.

Procedimiento de Moldeo

Procedimiento de Moldeo

Procedimiento de Moldeo

Creación de la forma

• El proceso de fundición puede ser usado para formar casi con cualquier metal, existen diferentes métodos para acomodar metales diferentes y satisfacer requisitos diferentes.

Creación de la forma

Creación de la forma

• Cada método tiene ventajas y desventajas sobre otros o pueden estar restringidas a una aplicación en especial.

Creación de la forma

• La durabilidad y precisión del molde afectan los costos del producto.

Creación de la forma

• Costos directos en la fabricación de moldes– Tiempo– Cuidados– Habilidad necesaria para producir (mano de obra– El equipo

Creación de la forma• Costos indirectos

– Capacidad el material para soportar las temperaturas del colado (capacidad refractaria del material)

– Capacidad de transferir con exactitud las dimensiones y detalles del molde

– Permeabilidad: permitir que el aire y gases escapen– Resistencia: soportar la presión estática y dinámica del metal liquido– Facilidad de colapso: permitir la contracción de la fundición.– Facilidad de Fluir.- La arena deberá compactarse a profundidad y fluir

alrededor del modelo, también influye el tamaño de grano de arena, humedad y arcilla añadida

Creación de la forma

Clasificación arena de cuarzo desintegrado SiO2

Anguloso: Resiste la compactación y requiere más humedad.

Subángulo: Tiene buena resistencia, aristas redondeadas, es la mejor.

Redondo: Buena permeabilidad, baja resistencia y Fluye bien.

Compuesto: Tiende a romperse.

Creación de la forma

• Determinación del tamaño de arena– Sistema ingles mallas hasta 600– Sistema métrico (mm, micras)

– malla 6 0.131” 3.32mm– malla 270 0.0021” 0.033mm

Tabla del Tamiz

Microsoft Excel Worksheet

Creación de la forma

• Contenido de arcilla:– El contenido de arcilla varia el 2% ó 3% hasta un 15% de

arcilla. – La arcilla debe resistir todos los granos de arena silica.– Principales tipos de arcillas: caolinita, ilita y bentonita.– La principal arcilla a usar es la bentonita de origen

mineral, proviene de cenizas volcanicas– Arcilla refractaria caolinita para uso refractario y baja

concentración.

Creación de la forma

• Aditivos Especiales:– Harina de Maíz.- Para proporcionar facilidad de

colapso.– Carbón (polvo).- Para mejorara el acabado de la

superficie se pinta el molde.– Agua -2 a 8%.- Varia del 2 al 8% por peso.

Depende de la cantidad de arcilla, agua en exceso mejora la fluidez pero puede dañara la resistencia del molde.

Creación de la forma

• Moldeo de Corazón: – Tipos:

– Corazones de Arena verde

– Corazones de Arena seca

Creación de la forma

• Aglutinantes y Mezclas para corazones:Aglutinantes de aceite, linazaEndurece cuando se oxida por acción del calorTales corazones deben hornearse por 2 horas a una

temperatura entre 180 y 220 °C

Creación de la forma

• Aglutinantes y Mezclas para corazones:Aglutinantes solubles en agua, harina de trigo,

dextrina, almidón, también tiene que se horneado

Aglutinantes con resina de alcohol furfural, secados con aire caliente, 220 °C, 10 a 20 seg.

Creación de la forma

• Aglutinantes y Mezclas paraAgentes orgánicos de liga

Resinas termofragantes

Furan se cataliza con acido fosforico

Alquidisocianato

Fenosiliciosianato.

Estos fraguan a temperatura ambiente con la ayuda de un catalizador, el más común es el furan y cataliza con acido fosforico. Uso. Corazones chicos y grandes, incluso en moldes.Tiene muchas ventajas sobre los demás (furan) pero es costoso por el equipo a usar y no es recuperable.

Creación de la forma

• Moldeo de Corazón: – Proceso de silicato de sodio.- El material se endurece al

exponerlo al aire pero es lento para usarlo en alta producción se pasa bióxido de carbono (gaseoso) o se mezcla un agente catalítico como lo es el ferrosilicio. Tiempo de fregado 20 minutos.

– Proceso cemento Pórtland: Es de proporción de 1 a 10 para moldes de alta resistencia y buena permeabilidad. Este es un proceso antiguo que proporciona resistencia a la erosión, pandeo, uso fundiciones grandes y pesadas.

Modelos• El modelo.- Es una copia de la pieza a fundir.• Deberá ser sobredimensionada ya que se debe tener en

cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente.

• Se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.

Modelos• El uso del modelo determina el material a usar .• Para la construcción del modelo, se puede emplear desde

madera, yeso o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido u otro material suficientemente fuerte para retener su forma y resistir el desgaste

Modelos• Debe tener ángulos de salida, ángulos mínimos con la dirección de

desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.

• ensayo y error.

Modelos

• Estas características del molde o modelo generalmete se obtienen por ensayo y error.

Modelos

• Uso Único.- Misma pieza pero preparada, cartoncillo (empaque de asbesto), hule rojo (neopreno), papel cascaron, pegamento 5000, pasta automotriz para el acabado.

Modelos

• Poco Uso.- Usar materiales fáciles de trabajar (madera), clavo, tornillo, pasta para resanar.

Modelos

• Mucho uso (metálico).- Aluminio ideal, acero.

Modelos• Caja de moldeo.- Son cajas de caras abiertas en las cuales la la arena se compacta

redondeando el modelo. • Contiene y soporta la arena durante el moldeo y permite la apertura del molde

para la extracción del molde.• Se alinean con pasadores y guías, cuando se requieren más de una línea de

partición se usan los “cohetes” que no son más que otra caja externa, normalmente son de madera, si la pieza es grande se deja la caja puesta pero esta deberá ser de metal.