software para cálculo de los sistemas de alimentación y...

Estudio de la influencia de diferentes diseños de los sistemas de alimentación y compensación en la fundición en arena

125 Capítulo 8. Software para cálculo de los sistemas de alimentación y compensación

8. Software para cálculo de los sistemas de alimentación

y compensación

Dado lo extenso y diferentes procedimientos existentes para el cálculo del dimensionado de los distintos

sistemas, puede resultar tedioso la generación de un sistema de alimentación y compensación óptimo. En

el mercado existen, como ya se ha visto, varios software de simulación de fundición. Incluso algunos de

ellos permiten el diseño de las mazarotas óptimas a disponer en la pieza. Por el contrario, ninguno de los

software sondeados dan cobertura para el diseño del sistema de fundición en su totalidad. Por este

motivo, se ha generado un código en el programa de cálculo matemático Matlab, el cual permite la

generación del dimensionado de los distintos sistemas involucrados en la fundición. Concretamente, se ha

utilizado el modulo Guide, para generar un interfaz sencillo e intuitivo.

Este software es capaz de calcular el dimensionado de los sistemas de alimentación y compensación para

piezas sencillas en los que la alimentación se conecte a la pieza de forma recta con uno o más canales de

ataque. Se realiza el cálculo de sistemas de una sola mazarota, dejando el estudio del posicionamiento de

la misma para el usuario.

Figura 8.1 Presentación programa diseñado.


Capítulo 8. Software para cálculo de los sistemas de alimentación y compensación 126

8.1 Tutorial

El procedimiento a seguir para la obtención de las dimensiones de los sistemas de alimentación y

compensación se ha de realizar de forma secuencial de modo intuitivo. Estos pasos se muestran a

continuación.

1. Selección del material de trabajo. Se ha implementado una pequeña biblioteca de los materiales de

trabajo más comunes en la fundición. De este modo, se pueden elegir entre acero, hierro gris, hierro

maleable, hierro nodular, aleación de aluminio, aleación de magnesio, bronce y estaño. Esto carga en

el sistema las propiedades de cada metal necesarias para los cálculos posteriores. La selección del

material se realiza en un desplegable en la barra de herramientas del cabecero del programa como

puede verse en la figura 8.2.

Figura 8.2 Selección de material de trabajo.

2. Datos de la pieza. Es necesario introducir las características de la pieza en cuanto a dimensiones se

refiere. Por ello, en el módulo 1 del programa se requieren los datos de volumen, módulo y espesor

mínimo de la misma. Para activar la ventana del módulo 1 solo hay que hacer click en el botón “Pieza”

en la parte superior izquierda de la pantalla principal. La ventana emergente del módulo 1 se muestra

en la figura 8.3.

3. Diseño de la mazarota. Debido a que existen varios tipos de mazarota, se ha implementado en el

módulo 2 del software la elección de las características generales más importantes. De este modo, es

posible elegir entre mazarota superior o lateral, abierta o cerrada y, adicionalmente, la altura de la

caja de fundición la cual será clave para la determinación de la altura de la mazarota en el caso de que

sea abierta. En este primer diseño no se ha tenido en cuenta en número de mazarotas necesario para

compensar los posibles defectos. El módulo 2 puede verse en la figura 8.4.



Figura 8.3 Introducir características de la pieza.

Figura 8.4 Caracterización de la mazarota.

4. Selección de la relación de colada. Dado que existen multitud de posibilidades en la elección de la

relación de colada, se deja a libre elección para el usuario, es decir, la elección de un sistema a

presión o sin presión se debe marcar en la secuencia de valores de la relación de colada en el

programa. Para ello, en la parte central de la pantalla principal se muestra la sección “Relación de

colada” en la que se puede introducir los valores. Es importante pulsar el botón cargar valores para

que se tomen los valores. Un ejemplo sería el mostrado en la figura 8.5.



Figura 8.5 Elección de la relación de colada.

5. Una vez se han completado los anteriores datos correctamente, se permite seleccionar las

dimensiones de los canales de colada y de ataque. Para ello, sabiendo el área de la sección de cada

canal, se activa unas dimensiones preestablecidas a elección según la altura. Es posible además

insertar manualmente las medidas deseadas si estas no se encuentran entre las seleccionables. En las

figuras 8.6 y 8.7 se muestran las dos ventanas emergentes en las que seleccionar los datos anteriores.

Figura 8.6 Elección de las dimensiones del canal de ataque.



Figura 8.7 Elección de las dimensiones del canal de colada.

Hasta este punto el programa ya tendría todos los input necesarios y mostraría todas las características en

la pantalla principal. Para mostrar un resumen de los valores calculados es necesario pulsar el botón

“Resultado”, en el que se carga una nueva ventana emergente que muestra tanto los valores de las

dimensiones y características de la mazarota como de los sistemas de alimentación. Un ejemplo sería el

mostrado en la figura 8.8.

Figura 8.8 Muestra de los resultados.



8.2 Procedimiento teórico de cálculo

El programa se fundamentará de la teoría descrita en el capítulo 3, de modo que para el cálculo se tomen

solo las variables externas necesarias. De este modo, el programa toma cada expresión de la teoría en

base a los datos introducidos para devolver los datos del dimensionado de los sistemas de alimentación y

compensación.

El algoritmo de cálculo es simple, está basado en la siguiente secuencia de operaciones:

1. Cálculo de mazarota: según tipo de mazarota seleccionado y las características de la pieza, se calcula

a través de la regla del módulo (ecuación 3.2) y de la regla de la contracción (ecuación 3.3) la

dimensión mínima óptima de la mazarota. En caso de introducir datos contradictorios en cuanto a la

altura de la mazarota el programa devolverá un aviso en el panel de resultados.

2. Cálculo del sistema de alimentación: a través de la ecuación de Mikhailov (ecuación 3.5), de la

relación de colada (ecuación 3.8) se obtienen las características del bebedero. Estos datos se toman

para introducirlos en las tablas 3.4 y 3.5 y en las relaciones descritas del pozo de colada y taza de

colada. La taza de colada se ha tomado con geometría troncocónica para facilitar los cálculos. Se ha

tomado en cuenta también la solo existencia de un ataque.

Los resultados que se obtienen no son más que los datos obtenidos de los cálculos según las variables

introducidas. En el caso de los resultados totales se han tomado como aproximación el volumen y el peso

del sistema de alimentación ya que aunque es sea conocido las áreas de cada sección, no lo es así la

longitud de los canales de colada. La aproximación realizada es la marcada en la ecuación 3.7.

8.3 Conclusiones

Como bien se ha descrito, este programa lleva al usuario al cálculo de forma rápida de las dimensiones de

los sistemas auxiliares. En este sentido, el fácil manejo del mismo realza su utilidad, más enfocada a un

uso académico que profesional. De hecho, el programa puede resultar útil desde el punto de vista

docente para los alumnos que cursen asignaturas de Tecnología de fabricación y realicen diseños de

moldes para fundición en arena.

Ahora bien, son claras las limitaciones que presenta el programa pues se ha diseñado basándose en el

problema objeto de estudio del presente proyecto. Con ello, hay que considerar el potencial de mejora

que posee el programa de cara a una generalización de las características y módulos que se han

implementado. Así pues, detalles como número de mazarotas, distancias de alimentación o números de

canales de ataque no están considerados.

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