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Fundicion (mayen, diapositiva 1)
Se denomina fundición y también esmelter al proceso de fabricación de piezas,
comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e
introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.
El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un
material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla,
adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar
los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.
Fundicion de arena (mayen, diapositiva 2 )
La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de
hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y
posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.
Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente
más pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una
chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que
ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del
molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.
Para los moldes es necesario preparar la arena , añadiéndoles las materias
adecuadas para que adquieran las propiedades convenientes para el buen éxito de la
colada . Estas propiedades son : permeabilidad , cohesión , refractariedad , dureza ,
etc.
Existen dos métodos diferentes por los cuales la fundición a la arena se puede
producir. Se clasifica en función de tipo de modelo usado, ellos son: modelo
removible y modelo desechables. En el método empleando modelo removible, la
arena comprimida alrededor del modelo el cual se extrae más tarde de la arena. La
cavidad producida se alimenta con metal fundido para crear la fundición. Los modelos
desechables son hechos de poliestireno y en vez de extraer el modelo de la arena, sevaporiza cuando el metal fundido es vaciado en el molde. Para entender el proceso
de fundición, es necesario conocer como se hace un molde y que factores son
importantes para producir una buena fundición.
Realizacion del molde de corazones (miguel
diapositiva 3, diapositiva 4)
Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un
agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un
corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro delmolde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser
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hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se
pueden formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición
mediante los corazones. Los corazones se clasifican como corazones de arena verde
y corazones de arena seca. 22 Los de arena verde son aquellos formados por el
mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde. Los corazones de arena seca
son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado elmodelo y antes de cerrar el molde. En general deben usarse los corazones de arena
verde, siempre que sea posible para mantener el costo de los modelos y de las piezas
de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo
de producción.
Un corazón debe ser:
• Permeable: capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores.
• Refractario: capacidad de soportar altas temperaturas.
• Facilidad de colapso: habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el
colado y se
contrae.
• Resistencia en seco: para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño
cuando
esté rodeado del metal fundido.
• Friabilidad: facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado.
• Debe tener una tendencia mínima a generar gas.
Preparación de la arena de moldeo (patrón,
diapositiva 5)
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Las cuencas para la fundición están constituidas en general por granos de cuarzoasociados a alguna clase de arcilla y es frecuente que contengan otros minerales enpequeñas cantidades como el feldespato.
La naturaleza de estos minerales depende de la roca de la que se origino la arena.
El color de las arenas varia entre el blanco puro y el rojo oscuro o pardo según las
impurezas que contengan.De acuerdo con los criterios manejados podemos dar a las arenas una clasificaciónatendiendo al agente principal que influyo en su formación en los depósitos queactualmente se conoce.
Arenas arrastradas por el viento.
Arenas de ríos o fluviales.
Arenas de lagos.
Arenas de desembocaduras.
Arenas de playas.
Arenas de glaciares.
Moldeo (berrospe, diapositiva 6)Una vez comprobado el moldeo para el moldeador , quien debe hacer el molde oforma reproducción en negativo de la producción y las dimensiones de la pieza queha de ser fundida . El molde puede ser :
a. Perdido (transitorio) En este caso el molde se hace comprimiendo arena defundición alrededor de l modelo colocando en el interior un bastidor adecuadollamado caja después de la colada ; se levanta la caja y se rompe el molde paraextraer la pieza. Para hacer otra pieza es necesario rehacer el molde .
b. Permanente. En este caso el molde se prepara sin ayuda de modelo algunolabrando directamente en negativo la pieza en uno o varios bloques de metal(generalmente hierro fundido o acero ) que viene a constituirla coquilla que duranumerosas fundiciones algunas veces los moldes permanentes se hacen de yeso, de modo que sirvan para varias coladas con solo leves reparaciones cuando lapieza ha de tener huecos interiores el noyero con la caja de machos u otrosutensilio , hace los machos o noyos convenientes .Los moldes perdidos son aptospara la colada de toda clase de metales y para piezas de cualquier dimensión ;en cambio , los moldes permanentes en coquilla se adaptan especialmente parafundir pequeñas piezas sencillas y en gran numero de un modo particular parametales de bajo grado de fusión (aleaciones de cobre de aluminio , de cinc , deplomo o similares ).Los moldes de coquilla confieren en algunas aleaciones (por
ejemplo al hierro fundido).Características mecánicas especiales ( un grado dedureza muy elevado) por que modifican profundamente su estructura ; por ellose emplean para la colada de piezas que han de estar sometidas a un fuertedesgaste , como los cilindros de maquinas laminadoras , ruedas paraferrocarriles , bancadas para maquinas y herramienta , etc. Si las pieza de hierrofundido obtenido de los moldes de coquilla han de ser trabajadas posteriormenteen máquinas de herramienta deben ser sometidas a un oportuno tratamientotérmico ( por ejemplo , los tubos centrifugados)
EL COLADO. (mayen, diapositiva 7,8,9,10)La colada o vaciado es el proceso que da forma a un objeto al hacer entrarmaterial liquido en un agujero o cavidad formado que se llama molde y dejar
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que se solidifique el liquido. Cuando el material se solidifica en la cavidadretiene la forma deseada. Después, se retira el molde y queda el objeto sólidoconformado.
Los procesos se clasifican, primero, por la forma en la cual se hacen entrar losmateriales a la cavidad del molde. Los sistemas básicos se realizan porgravedad y a presión. La segunda clasificación de los procesos de colada essegún el material del molde. Este se puede hacer con arena y se destruyedespués de sacar el objeto o moldes fijos
c.
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d.
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e.
Diseño de moldes para la fundición (miguel
diapositiva 11)
La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y
metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que
formará la cavidad interna en el molde.
En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se
puede emplear desde madera o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido
(EPS) hasta metales como elaluminio o el hierro fundido.
Para el diseño del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas
de la naturaleza del proceso de fundición:
Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en
cuenta la contracción de la misma una vez se haya enfriado a temperatura
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ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la
fundición.
A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé un
proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.
Las superficies del modelo deberán respetar unos 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. Este ángulo se
denomina ángulo de salida. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.
Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas necesarios para el
llenado del molde con el metal fundido.
Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para lacolocación del macho.
Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior
denominada copey la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas
partes del molde que es necesario fabricar
Clasificacion de los moldes (paron, diapositiva
12)La precisión de la pieza fundida está limitada por el tipo de arena y el proceso de
moldeo utilizado. La fundición hecha con arena verde gruesa proporcionará una
textura áspera en la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena
seca produce piezas con superficies mucho más lisas.
Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o
recubiertas con un residuo de óxidos, silicatos y otros compuestos que
posteriormente se eliminarían mediante distintos procesos, entre ellosel granallado.
Moldeo en arena verde. La arena verde es una mezcla de arena de
sílice, arcilla, humedad y otros aditivos. Este moldeo consiste en la
elaboración del molde con arena húmeda y colada directa del metal fundido.
Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo de metales, y
para piezas de tamaño pequeño y medio.
No es adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para
obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas.
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Moldeo en arena químico. Consiste en la elaboración del molde con
arena preparada con una mezcla de resinas, el fraguado de estas resinas
puede ser por un tercer componente líquido o gaseoso, o por
autofraguado. De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que
permite fundir piezas de mayor tamaño y mejor acabado superficial.
Moldeo en arena seca. La arena seca es una mezcla de arena de sílice
seca, fijada con otros materiales que no sea la arcilla usando adhesivos
de curado rápido. Antes de la colada, el molde se seca a elevada
temperatura (entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez
del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño, geometrías
más complejas y con mayor precisión dimensional y mejor acabado
superficial.
Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena
verde. La generación del molde mediante prensas mecánicas o
hidráulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan
las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde. Se distingue:
Moldeo Horizontal. A finales de los años 50 los sistemas de pistones
alimentados hidráulicamente fueron usados para la compactación de la
arena en los moldes. Estos métodos proporcionaban mayor estabilidad y
precisión en los moldes. A finales de los años '60 se desarrolló la
compactación de los moldes con aire a presión lanzado sobre el molde de
arena precompactado.
La mayor desventaja de estos sistemas es la gran cantidad de piezas de
repuesto que se consumen debido a la multitud de partes móviles, además de
la producción limitada unos 90-120 moldes por hora.
Moldeo vertical. En 1962 la compañía danesa Dansk Industri
Syndikat (DISA) implementó una ingeniosa idea de moldeo sin caja
aplicando verticalmente presión. Las primeras líneas de este tipo podrían
producir 240 moldes por hora y hoy en día las más modernas llegan a
unos 550 moldes por hora. Aparte de la alta productividad, de los bajos
requerimientos de mano de obra y de las precisiones en las dimensiones,
este método es muy eficiente.
Moldeo en arena “matchplate” . Este método fue desarrollado y
patentado en 1910. Sin embargo, no fue hasta principio de los años '60
cuando la compañía americana Hunter Automated Machinery
Corporation lanzó su primera línea basada en esta tecnología. El método
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es similar al método vertical. El principal proveedor es DISA y
actualmente este método es ampliamente utilizado, particularmente en
Estados Unidos, China y la India. Una gran ventaja es el bajo precio de los
modelos, facilidad para cambiar las piezas de los moldes y además, la
idoneidad para la fabricación de series cortas de piezas en la fundición.
Moldeo a la cera perdida o microfusión. En este caso, el modelo se
fabrica en cera o plástico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de
dos capas, la primera de un material que garantice un buen acabado
superficial, y la segunda de un material refractario que proporciones
rigidez al conjunto. Una vez que se ha completado el molde, se calienta
para endurecer el recubrimiento y derretir la cera o el plástico para
extraerla del molde en el que se verterá posteriormente el metal fundido.
Fundición en coquilla. En este caso, el molde es metálico.
Fundición por inyección
Fundición prensada
Fundición a baja presión
Es un sistema de fundición que consiste colocar un crisol de metal fundido en
un recipiente apresión. Un tubo de alimentación conecta el metal de crisol con
la entrada del molde. Se inyectaaire comprimido o un gas inerte en el
recipiente a una presión de 20-105 kN / m². Al inyectarlo la única salida del
metal será el tubo por lo que se genera el flujo de metal, que llena la matriz y
forma la pieza. La presión se mantiene durante la solidificación para
compensar la contracción volumétrica. No son necesarias ni mazarotas ni
alimentación de colada.
Tipos de fundiciones (berrospe, diapositiva 13)
Fundición en moldes de arena
Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es laarena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimientoconsiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que sequehasta que adquiera dureza.
Fundición en moldes de capa seca
Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción deque alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con uncompuesto 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 seraplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.
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Fundición en moldes con arena seca
Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla unaditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arenacuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para eliminar toda lahumedad 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 lasturbulencias del metal al colarse en el molde.
Fundición en moldes de arcilla
Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materialescerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces sonreforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para sufabricación y no son muy utilizados.
Fundición en moldes furánicos
Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Estánfabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúacomo acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamadafuránica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde seendurece lo suficiente para recibir el metal fundido.
Fundición con moldes de CO2
En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio paraposteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde seinyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodioaumentando 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 yutilizado.
También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que sefabrican.
1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabricanen un banco que se encuentre a la mano del trabajador.
2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y nopueden ser transportadas de un sitio a otro.
3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para sualimentación es necesario hacer una fosa bajo el nivel medio del piso.
4. Fundición en moldes de metal1. Se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajopunto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactascon una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado.
5. Fundición en moldes especiales
Plástico, cemento, yeso, papel, madera y hule, todos estos materiales son usados en
moldes para aplicaciones particulares
Aplicaciones (miguel, diapositiva 14)
Entre las piezas típicas fabricadas mediante fundición en molde permanentepodemos encontrar
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• Pistones para motores• Culatas• Bielas• Cuerpos en bruto para engranajes• Cuerpos de bomba• Piezas para maquinaria aeronáutica
• Utensilios domésticos y de decoración Ejemplos de piezas fabricadas mediante fundición en molde permanente
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