HISTORIA DE LA FUNDICIÓN

La fundición nace en la edad de cobre debido a la necesidad de desarrollar elementos para la supervivencia y para la guerra. Esta etapa es decisiva porque en ella se inicia un cambio importante en la metalurgia: esta se ve desarrollada por que los metales en uso se deforman fácilmente y por lo tanto se inician pruebas para generar herramientas que hicieron más fácil la vida del hombre.

Por consiguiente se deja de lado el uso de la piedra como materia prima principal de herramientas. En esta búsqueda el hombre se vio en la necesidad de generar mezclas de metales o para dar diferentes formas a los metales.

Las primeras formas se dieron al finalizar la edad de piedra y al iniciar la edad de cobre dando paso al nacimiento de la metalurgia. Estas formas se dieron martillando las placas de cobre, este proceso recibió el nombre de forjado. Luego se buscó la fusión de metales en hornos rudimentarios para lograr temperaturas elevadas, y los moldes siempre fueron manufacturados en piedra blanda y en esta tallaron la cavidad de la pieza a fabricar.

Con el descubrimiento de esta fusión de metales para armas, utensilios, monedas, en algunas poblaciones se inició el proceso metalúrgico de fabricar objetos con aleaciones de cobre con estaño, aluminio, magnesio, manganeso, oro y plata. Al principio se usaron moldes abiertos y el vaciado del metal no necesitaba ningún canal de alimentación, pero con la tecnificación del proceso y con la producción de herramientas y armas cada vez más complejas se inventaron los moldes cerrados y con estos los canales de alimentación para su llenado.

Edad de piedra (se usaban las piedras como materia prima para fabricar elementos para la supervivencia.)

TIPOS DE FUNDICIÓN

Proceso de forjado (se le aplica un calor considerable al material para posteriormente ser golpeado para obtener la forma deseada del metal)

Fundición de metales (fusión de metales por medio de fundición para fabricar armas, utensilios, monedas. ETC.)

FUNDICIÓN EN ARENA

El trabajar con arena permite trabajar metales con altos puntos de fundición como el acero y el níquel.

El proceso general de la fundición en arena comienza con la fabricación del modelo de la pieza a fundir, luego este modelo se coloca entre la arena para generar una cavidad negativa y se ubican los sistemas de alimentación que guiaran el metal fundido hacia las cavidades del molde.

Una vez el metal se solidifica al interior de la cavidad, se destruye el molde y se extrae la pieza terminada; si se requiere se puede realizar el proceso de tratamiento térmico a la pieza fundida o realizar los procesos adicionales de acabados y controles necesarios.

El siguiente es un esquema que muestra de forma esquemática el proceso de fundición en arena:

Las siguientes imágenes muestras los pasos a seguir en el proceso de fundición en arena para la fabricación de una pieza:

Pieza terminada

FUNDICIÓN A LA CERA PÉRDIDA

El proceso de fundición "a la cera perdida" tiene sus orígenes en culturas milenarias que ya conocían sus ventajas y rendimiento debido al poco desperdicio de metal cuando se usa cera perdida. Este método ya era utilizado por los sumerios del valle del Tigris y el É ufrates, alrededor del año 3000 a.C.; posteriormente se extendió por el Oriente Medio y

1. Realización de machos. 2. Fabricación del modelo en arena 3. Montaje de machos

4. Fusión y colada 5. Desmoldeo 6. Granallado (pulir)

llegó a China alrededor del año 1500 a.C. Todas las grandes civilizaciones de la Antigüedad, Egipto, Grecia, Roma., se beneficiaron de sus excelencias y eficacia.

El punto de partida es la pieza original realizada en cera. A partir de dicho modelo, se elabora un molde en cerámica en el que quedan impresos, con toda exactitud, los rasgos de la pieza.

Los pasos a seguir son los siguientes:

Un molde, con la forma de la pieza a ejecutar, se rellena con cera líquida, al endurecerse la cera se obtiene una reproducción en este material del modelo primitivo.

Al modelo en cera se le agregan la red de canales de llenado, bebederos y respiraderos necesarios para logar realizar el llenado de metal fundido posteriormente, estas partes también se realizan en cera. Se adhieren varios modelos de cera en un “árbol”, para facilitar la fundición de varias piezas a la vez.

Se procede a la inmersión de todo el conjunto en un baño cerámico que posteriormente formara el molde final. Esta operación debe repetirse hasta que el conjunto este totalmente cubierto y el espesor del material cerámico sea suficiente para soportar la presión generada por el metal fundido.

Molde para hacer el modelo

Ensamble de los modelos

Posteriormente se quema la cera al introducir el molde refractario en un horno a una temperatura superior a la temperatura de fusión de la cera, asegurándose de eliminar por completo hasta el menor vestigio de esta.

Cuando la cera está totalmente eliminada, se procede a vaciar en el molde metal fundido, este entra por los bebederos y se esparce por los canales de colada de tal forma que cubre la cavidad del molde donde se encontraba la cera perdida. Luego que el metal se enfría, se destruye el molde, quedando al descubierto la pieza y todo el entramado de arterias que ahora son de metal, las cuales serán suprimidas.

Proceso del molde.

Fusión del modelo

Finalmente se procede a cincelar y repasar la superficie para eliminar las imperfecciones de la pieza final.

PROCESO DE FUNDICIÓN CON POLIESTIRENO EXPANDIDO

El Poliestireno expandido es un material plástico espumado, derivado del Poliestireno y utilizado en el sector de los empaques, puesto que este material no se pudre. En los supermercados, lo encontramos fácilmente en forma de bandeja en las secciones de heladería, pescadería, carnicería, frutas y verduras.

El proceso de fundición con Poliestireno expandido utiliza un molde en arena que recubre el patrón en Poliestireno. Luego de estar recubierto el modelo se procede a vaciar el metal dentro del molde en arena y de esta forma el Poliestireno se vaporiza.

Como es un proceso con molde de arena, usa mazarotas y bebederos. Este molde no necesita aglutinantes por el patrón usado, por lo que la arena podrá ser reciclada.

Proceso de vaciado y desmoldeo

Poliestireno expandido

A continuación se explicara se manera detallada los pasos a seguir en el proceso de fundición con Poliestireno expandido, lo cual se puede observar esquemáticamente en la imagen anterior.

1. el modelo de Poliestireno se cubre con un compuesto refractario-

2. el modelo de espuma se coloca en la caja del molde y la arena se compacta alrededor de éste.

3. se vacía el metal fundido en la parte del patrón que forma la copa de vaciado y el bebedero.

Al entrar el metal en el molde la espuma de Poliestireno se vaporiza y deja que el metal llene su lugar en la cavidad.

FUNDICIÓN EN MOLDES PERMANENTES.

Los moldes permanentes por lo generar se componen de dos mitades metálicas que al unirse generan la cavidad y todo el sistema de alimentación; estas dos mitades se fabrican maquinadas, lo cual garantiza muy buen acabado superficial y una alta precisión dimensional de los productos fundido.

Al iniciar el proceso las dos mitades del molde se sujetan juntas y se precalientan para evitar el choque térmico entre el metal fundido y la cavidad del molde, esto también facilita el flujo del metal y la calidad de la fundición. El molde inicia su enfriamiento mediante canales de refrigeración para poder proceder a extraer la pieza solidificada.

Los metales típicos a fundir en moldes permanentes son las aleaciones de aluminios, magnesios y cobre.

Proceso de fundición con Poliestireno expandido.

TIPOS DE HORNOS DE FUNDICIÓN

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 pocos kilogramos de metal a hornos de hogar abierto de hasta varios centenares de toneladas de capacidad del horno. 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. (Ahorro de energía y de tiempo).

La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como precisión de su composición. (Control de calidad)

Producción requerida del horno.(Productividad y economía) El costo de operación del horno. (Productividad y economía) Interacción entre la carga el combustible y los productos de la combustión. (Eficiencia):

La carga se encuentra entre el combustible y los productos de la combustión. (Hornos cubilote).

La carga está aislada del combustible pero en contacto con los productos de la combustión. (Horno hogar abierto para la fabricación de acero).

La carga está aislada tanto del combustible como de los productos de la combustión. (hornos de crisol calentado por combustión de gas, carbón pulverizado ó petróleo).

Molde permanente (dos mitades) Pieza fabricada por este proceso de fundición

HORNOS DE CRISOL

Los hornos de crisol trabajan por combustión de un elemento como el gas el cual calienta el crisol que contiene el material a fundir. También puede ser calentado usando energía electica: horno de inducción.

El crisol se apoya sobre la peana que está hecha también en material refractario y le da la posición necesaria con respecto a la salida del gas.

Para lograr concentrar el calor alrededor del crisol este está contenido entre unas paredes refractarias que generan una cavidad para el flujo de los gases de combustión.

Existen hornos con crisol móvil o con crisol fijo. La diferencia entre estos es que el crisol móvil al fundir el metal se levanta y sirve como cuchara de colada. Los hornos de crisol fijo se deben cucharear para realizar la fundición.

HORNOS ELECTRICOS

Los hornos eléctricos se emplean cada vez más para fundir los metales tanto ferrosos como no ferrosos. Los tipos de hornos eléctricos empleados actualmente en las acerías o fundiciones pueden clasificarse como:

Hornos eléctricos de arco. Hornos eléctricos de inducción. Hornos eléctricos de resistencia.

El tipo más sencillo de horno eléctrico es el horno de resistencia, en el que se genera calor haciendo pasar una corriente eléctrica por un elemento resistivo que rodea las paredes internas del horno.

El elemento calefactor puede adoptar la forma de una bobina de alambre enrollada alrededor de un tubo de material refractario o puede consistir en un tubo de metal u otro material resistivo, como el carborundo.

Hornos de crisol móvil y horno de crisol fijo.

Los hornos de resistencia son especialmente útiles en aplicaciones en las que se necesita un horno pequeño cuya temperatura pueda controlarse de forma precisa.

Este horno cuenta con un controlador de temperatura que permite regular la temperatura a la que se encuentra el horno y realizar curvas de calentamiento para procesos que requieren cambios de temperatura controlados en el tiempo.

PROCESO DE FUNDICIÓN CON POLIESTIRENO EXPANDIDO (PROFUNDIZACIÓN)

Se pueden clasificar los procesos en molde permanente partiendo de la presión que se utiliza para llenar la cavidad con el metal fundido.

Fundición en molde permanente por gravedad.

Este es el proceso más sencillo de fundición en molde permanente; en este el metal fundido se vierte dentro de la cavidad y solo se utiliza la fuerza de la gravedad para garantizar que toda la cavidad se llene del metal.

Horno eléctrico a resistencia

Fundición en molde permanente a baja presión.

En la fundición a baja presión el metal líquido fluye debido a una presión que se aplica desde abajo y lo obliga a llenar la cavidad del molde, una gran ventaja de este procedimiento es que el metal pasa directamente del crisol al molde sin estar expuesto al aire. Esto disminuye la porosidad producida por el gas y los defectos generados por la oxidación. La presión necesaria es de aproximadamente 15 psi y esta se debe mantener hasta que el metal se solidifica en el interior de la cavidad.

Fundición en molde permanente al vacío.

Este proceso es muy similar al proceso de fundición a baja presión. Se diferencia en que ahora en la cavidad del molde se genera vacío y la diferencia de presión entre la cavidad y crisol con metal fundido que se encuentra a presión atmosférica, obliga al metal a llenar la cavidad.

En comparación con el proceso de fundición a baja presión, este es más costoso debido a que generar vacío es más difícil que generar una baja presión. Sus beneficios son que en la

Fundición en molde permanente por gravedad

Molde permanente a baja presión

fundición se reduce la porosidad y la oxidación debidas al aire y mejora de esta forma la resistencia mecánica del producto.

Fundición en molde permanente a alta presión.

En este método también conocido como inyección en matriz o dado, el metal es forzado por un pistón a llenar el molde gracias a presiones de hasta 100.000 psi; esta presión se debe mantener hasta que la pieza se solidifica y se puede retirar de la cavidad. Los moldes suelen recibir el nombre de dados.

Existen dos tipos de procesos de inyección.

El primero llamado de cámara caliente en el cual el metal fundido es empujado por un pistón que lo conduce hasta el molde. El pistón o cámara de inyección está caliente manteniendo el metal fluido, gracias a que actúa dentro del crisol.

En el segundo proceso de cámara fría la cámara de inyección no está caliente obligando a que las cantidades de metal a utilizar sean muy precisas para evitar solidificación dentro de la cámara.

Proceso de cámara caliente

Proceso de cámara fría

Mediante estos procesos se pueden llegar a obtener hasta 300 inyecciones por hora para metales como el zinc.

PROCESO DE INYECCON DE UN PLASTICOEl proceso de inyección de termoplásticos se fundamenta en fundir un material plástico y hacerlo fluir hacia un molde, a través de una boquilla en la máquina de inyección, en donde llena una cavidad que le da una forma determinada permitiendo obtener una amplia variedad de productos. El moldeo por inyección es la técnica de procesamiento de mayor utilización para la transformación de plásticos. Su popularidad radica en la versatilidad para obtener productos de variadas geometrías y para diversos usos.Para la economía del proceso es decisivo el número de piezas por unidad de tiempo (producción).

Las características más importantes del proceso de inyección son las siguientes: La pieza se obtiene en una sola etapa. Se necesita poco o ningún trabajo final sobre la pieza obtenida. El proceso es totalmente automatizable. Las condiciones de fabricación son fácilmente reproducibles. Las piezas acabadas son de una gran calidad.

Para el caso de la inyección de plásticos, se han de tener en cuenta las siguientes restricciones:

Dimensiones de la pieza: Tendrán que ser reproducibles y de acuerdo a unos valores determinados, lo que implicará minimizar las contracciones de la misma.

Propiedades mecánicas: La pieza deberá resistir las condiciones de uso a las que esté destinada durante un tiempo de vida largo.

Peso de la pieza: Es de gran importancia, sobre todo, porque está relacionada con las propiedades de ella.

Tiempo de ciclo: Para aumentar la producción será necesario minimizar, en lo posible, el tiempo de ciclo de cada pieza.

Consumo energético: Una disminución del consumo energético implicará un menor coste de producción.

ETAPAS DEL PROCESO DE INYECCION DE UN PLASTICO

El proceso de obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue un orden de operaciones que se repite para cada una de las piezas. Este orden, conocido como ciclo de inyección, se puede dividir en las siguientes etapas:

a) Cierre del molde.b) Inyección.

1. Fase de llenado.

2. Fase de mantenimiento.

c) Plastificación o dosificación y enfriamiento.d) Apertura del molde y expulsión de la pieza.

Cierre del molde.

Con el cierre del molde se inicia el ciclo, preparándolo para recibir la inyección del material fundido. En esta fase se aplica la tuerza de cierre, que es aquella que hace la máquina para mantener cerrado el molde durante la inyección. Depende de la superficie

Etapas del proceso de inyección

proyectada de la pieza y de la presión real (presión específica), que se tiene en la cavidad del molde.

Inyección.

En esta etapa se producen dos fases: fase de llenado y fase de mantenimiento.

1. Fase de llenado.

Una vez cerrado el molde y aplicada la fuerza de cierre, se inicia la fase de llenado del molde (inyección). El husillo de la unidad de inyección inyecta el material fundido, dentro del molde y a una presión elevada; al inyectar, el husillo avanza sin rotación. La duración de esta etapa puede ser de décimas de segundo hasta varios segundos, dependiendo de la cantidad de material a inyectar y de las características del proceso.

2. Fase de mantenimiento.

Esta consiste en mantener la presión adecuada sobre el molde para evitar que haya deformaciones o en su efecto que se pierda el material fundido que fue inyectado dentro de la cámara de inyección.

La presión dentro del molde crece hasta un máximo valor, cuando ha sido transportado material suficiente; llenando completamente las cavidades (si bien, bajo ciertas condiciones, la presión máxima se puede alcanzar durante el mantenimiento). De esta manera, durante la inyección, las dos mitades del molde están completamente presionadas por el efecto de la fuerza de cierre.

Plastificación o dosificación.

Después de aplicar la presión de mantenimiento, comienza a girar el husillo; de forma que el material va pasando progresivamente de la tolva de alimentación a la cámara de inyección, homogeneizándose tanto su temperatura como su grado de mezcla. Esta fase se realiza en forma paralela a la etapa de enfriamiento, acelerando así el tiempo total de ciclo. A medida que el husillo va transportando el material hacia delante, éste sufre un retroceso debido a la acumulación que se produce en la zona delantera. El retroceso del husillo finaliza cuando éste ha llegado a una posición definida con anterioridad. En este momento ya está todo preparado para poder inyectar la siguiente pieza.

Apertura del molde y expulsión de la pieza.

Cuando se considera que el material de la pieza ha alcanzado la temperatura denominada de extracción, el molde se abre y se expulsa la pieza de su interior para reiniciar el ciclo de inyección.

EQUIPO UTILIZADO PARA LA INYECCION DE PLASTICO

Una máquina inyectora es un equipo capaz de plastificar el material polimérico y bombearlo hacia un molde en donde llena una cavidad y adquiere la forma del producto deseado.

Una inyectora se compone de cuatro unidades principales:

1. La unidad de cierre

2. La unidad de inyección

3. La unidad de potencia

4. La unidad de control

Máquina de inyección

Unidad de cierre.

Consiste de una prensa conformada por dos placas porta moldes, una móvil y otra fija. El sistema de accionamiento de la placa móvil puede ser un mecanismo de palancas acodadas, accionado hidráulicamente, un cilindro hidráulico o un sistema eléctrico de tornillo sin fin accionado por un motor. El parámetro fundamental para dimensionar una unidad de cierre es su fuerza para mantener el molde cerrado. Usualmente se da este valor en toneladas (ton). Otros parámetros importantes en una unidad de cierre son: la distancia mínima entre placas, la distancia máxima de apertura, las dimensiones de las placas y la distancia entre columnas, la carrera del sistema de expulsión. Estos datos se utilizan para dimensionar los moldes.

Unidad de inyección.

La unidad de inyección está conformada por el tornillo y el barril de inyección, la boquilla y las resistencias alrededor del barril. El material sólido ingresa por la tolva a la zona de alimentación del tornillo, en esta zona es transportado, por efecto de la rotación del tornillo dentro del barril, hacia la zona de fusión donde se plastifica; finalmente el material es bombeado hacia la parte delantera del tornillo en la zona de dosificación. Durante el proceso de plastificación del material el tornillo gira constantemente. Cuando se va a realizar la inyección hacia el molde, el tornillo deja de girar y actúa a manera de pistón, haciendo fluir el plástico fundido hacia el molde y llenando las cavidades.

Es bien sabido que la conductividad térmica de los plásticos es muy inferior a la de los metales, por lo que su procesamiento debe hacerse en capas delgadas para que la transferencia de calor sea lo más rápida posible y sostenible económicamente. Esto se logra aprovechando el fenómeno de plastificación, que consiste en la fusión de la capa de material directamente en contacto con la superficie del barril, la cual transmite el calor, por convección forzada, al material sólido en las capas inferiores hasta que se plastifica completamente la masa de material.

En las inyectoras comerciales aproximadamente un 50% del calor requerido para fundir el material lo aporta la fricción viscosa, generada por el giro del tornillo con respecto al barril, y el otro 50% lo aportan las resistencias eléctricas.

La unidad de potencia

Es el sistema que suministra la potencia necesaria para el funcionamiento de la unidad de inyección y de la unidad de cierre. Los principales tipos de sistemas de potencia se pueden clasificar como.

1. Sistema de motor eléctrico con unidad reductora de engranajes.2. Sistema de motor hidráulico con unidad reductora de engranajes.3. Sistema hidráulico directo.

Sistema de potencia eléctrico: El sistema eléctrico se utiliza generalmente en máquinas relativamente pequeñas. Este sistema se emplea tanto para el giro del tornillo como para la apertura y cierre del molde. La máquina emplea dos sistemas mecánicos de engranajes y palancas acodadas, uno para el cierre del molde y otro para el tornillo. Cada uno accionado por un motor eléctrico independiente. El accionamiento del tornillo cuando realiza la inyección lo ejecuta un cilindro hidráulico. En los sistemas con motor eléctrico, la velocidad puede ajustarse sólo en un determinado número de valores, lo cual puede ocasionar problemas en la reproducción de parámetros de operación y dificultar la obtención de piezas con una calidad constante. Los motores eléctricos generan grandes torques de arranque, por lo que debe tenerse precaución al usar tornillos con diámetros pequeños para evitar que se rompan.

Sistema de potencia hidráulico: Los motores hidráulicos son los más comúnmente utilizados, su funcionamiento se basa en la transformación de la potencia hidráulica del fluido en potencia mecánica. A diferencia de los sistemas electromecánicos, donde la potencia es transmitida a través de engranajes y palancas, en un sistema con fluidos estos elementos se sustituyen, parcial o totalmente, por tuberías de conducción que llevan el fluido a presión a los pistones de inyección y de cierre del molde. El fluido que más se utiliza es el aceite debido, principalmente, a sus propiedades lubricantes en aplicaciones

que involucran grandes cargas. En los sistemas hidráulicos es común utilizar presiones que varían entre los 70 y 140 kg/cm2. Las ventajas del motor hidráulico con respecto al eléctrico pueden resumirse principalmente en:

Fácil variación de velocidades, regulando el volumen de fluido. La relación entre el torque y la velocidad es aproximadamente lineal. El límite de

torque se determina por la presión limitante y el torque de arranque es aproximadamente igual al de funcionamiento.

Permite arranques y paradas rápidos debido al pequeño momento de inercia. Permite relaciones bajas de peso potencia, lo que posibilita alcanzar altas

velocidades de inyección del material.

La unidad de control

Este sistema básicamente contiene un controlador lógico programable (PLC) y controladores PID para las resistencias eléctricas del barril y de la boquilla. El PLC permite programar la secuencia del ciclo de inyección y recibe señales de alarma, por sobrepresión o finales de carrera, para detener el ciclo. Los controladores PID son los más adecuados para el control de temperatura debido a su elevada velocidad de respuesta para mantener la temperatura a los niveles requeridos.

VARIABLES IMPORTANTES PARA LA INYECCION DE PLASTICOS

Existen numerosas variables que pueden afectar al proceso de inyección de forma directa o indirecta. Para determinar cuáles son las mejores condiciones de operación, desde el punto de vista de productividad y calidad, es importante conocer muy bien el proceso y saber cuáles de estas variables tienen más efecto sobre estos dos aspectos.A partir de los conocimientos que se tienen sobre el proceso de inyección, se puede hacer una clasificación de las variables que influyen, de forma más significativa, en la productividad del proceso y en la calidad de la pieza. De mayor a menor importancia, según pertenezcan a una de estas cuatro categorías: temperaturas, distancias, tiempos y presiones.Es importante mencionar la interdependencia existente entre estas cuatro categorías de variables, de modo que cada una depende de las demás. El cambio de cualquiera de ellas afectará a las otras.

Temperatura de inyección.

La temperatura de inyección es importante, ya que los materiales poliméricos requieren alcanzar cierto valor de temperatura, para obtener condiciones idóneas de viscosidad y fluidez para poder inyectarlo. Todo ello contrasta con que esta temperatura debe ser lo suficientemente baja, como para que no se aceleren los procesos fisicoquímicos que conduzcan a la degradación del material.

Temperatura de molde.

La temperatura del molde es muy importante en el proceso de inyección, ya que afecta de forma directa a la calidad de la pieza inyectada. El objetivo del enfriamiento del molde es extraer calor de la cavidad, a fin de disminuir la temperatura hasta la solidificación del material plástico; de forma que este enfriamiento se produzca homogéneamente en toda la pieza.

El enfriamiento se consigue haciendo pasar por los conductos de refrigeración del molde agua o aceite. Gracias a este flujo de líquido y a la excelente conductividad del metal que forma el molde, se produce el intercambio de calor y se logra la disminución de la temperatura de la pieza moldeada. La temperatura prefijada se mantiene calentando o enfriando el líquido mediante un atemperador.

Cuando la temperatura del molde sea alta, se obtendrá una pieza con más brillo y cristalinidad. Por el contrario, un enfriamiento rápido tendrá como consecuencia la formación de una capa exterior amorfa y acortará, significativamente, el tiempo de ciclo.

Distancia de carga.

Como se mencionó anteriormente, la inyección de material plástico en el interior del molde se realiza en dos etapas: la inyección del material en la fase de llenado y la aplicación de la presión de mantenimiento en la fase de mantenimiento. La distancia de carga en el cilindro debe ser suficiente, para que se pueda llenar aproximadamente el 90-99 % del molde, durante la fase de inyección. Además, se debe tener en cuenta la existencia de un cojín de material, suficiente para aplicar posteriormente la presión de mantenimiento. Esta presión será transmitida por medio del polímero fundido, por lo que si no hay cojín no se podrá aplicar.

El cojín se establece fijando una distancia de carga superior a la necesaria para llenar la cavidad del molde. Si este cojín es demasiado pequeño, puede ocurrir que durante la etapa de mantenimiento el husillo avance hasta el final del cilindro y arrastre todo el material hacia el interior del molde, haciendo que la aplicación de la segunda presión no sea efectiva. Si por el contrario, el cojín es excesivamente grande se puede favorecer la

degradación del material, ya que estará durante más tiempo a altas temperaturas y presiones.

Tiempo de inyección.

El tiempo de inyección se relaciona con la velocidad de inyección de manera inversa. Así, tiempos de inyección pequeños implican velocidades muy elevadas. Además, la velocidad de inyección también está relacionada directamente con la presión de inyección. A velocidades muy altas la presión de inyección crece muy rápidamente, a causa de la resistencia al flujo en la boquilla y en la entrada de la cavidad. Con velocidades menores, en cambio, el plástico se va solidificando a medida que se inyecta el material; aumentando la viscosidad y disminuyendo la sección de paso.

En las máquinas hidráulicas la velocidad de inyección, o el tiempo de inyección, se controla mediante el caudal de aceite. De esta forma, el husillo fuerza al material plastificado hacia el interior del molde siguiendo un perfil de velocidades. Normalmente, las velocidades del principio y del final de la etapa de inyección son menores, para tratar más suavemente los elementos de la máquina de inyección y del molde. Otro aspecto a tener en cuenta es la diferencia de temperaturas entre la entrada y el final de la pieza inyectada. Cuando el tiempo de inyección es muy corto, la temperatura, al final del recorrido del plástico inyectado, puede ser mayor que la de inyección; a causa del calentamiento por fricción que sufre el material. Con tiempos elevados las temperaturas suelen ser inferiores; existiendo un tiempo de inyección intermedio, donde se igualan la temperatura de inyección y la de la última zona llenada del molde.

A la hora de fijar las condiciones de operación de un proceso de inyección, es recomendable seleccionar un tiempo de inyección. Esto debe permitir minimizar la presión de inyección y la diferencia de temperaturas, entre la entrada del molde y el final de la pieza inyectada, siempre dentro de unos márgenes de productividad.

Tiempo de mantenimiento.

La duración de la etapa de mantenimiento se conoce como tiempo de mantenimiento y tiene una influencia decisiva. Si este tiempo es demasiado corto el plástico puede salir de la cavidad hacia el sistema de alimentación y la unidad de inyección; con los consiguientes cambios de orientación y disminución de la tenacidad de la pieza, fluctuaciones en el peso, falta de reproducibilidad y una gran variedad de defectos.

Así, en moldes de colada fría, es usual la aplicación de la segunda presión hasta la solidificación de la entrada, cuando ya no puede entrar más material en la cavidad. A partir de entonces ya no tiene sentido seguir aplicando presión de mantenimiento. En este

sentido, el tiempo de mantenimiento dependerá directamente de la temperatura de inyección y de la temperatura del molde. Cuando la temperatura del material fundido sea elevada, la entrada del molde permanecerá abierta más tiempo y se deberá aumentar el tiempo de mantenimiento. Por otro lado, si la temperatura de la pared del molde es alta, la pieza enfriará más lentamente y también será necesario un tiempo de mantenimiento superior. Esto se halla en directa relación con el espesor de la entrada del molde.

Tiempo de enfriamiento.

Como ya ha sido mencionado en las etapas del proceso de inyección, el tiempo de enfriamiento del molde comienza en la fase de inyección, cuando el material se solidifica en la pared del molde. Sin embargo, este tiempo de enfriamiento debe prolongarse más allá de la fase de mantenimiento; motivado porque la pieza moldeada o se ha enfriado aún lo suficiente y no posee la estabilidad necesaria para el desmoldeo.

De todas formas, es suficiente que estén frías las regiones externas de la pieza para poder extraerla del molde en condiciones estables sin que ésta se deforme. Así, se consigue acortar el tiempo de ciclo significativamente mejorando la productividad del proceso. Un aspecto decisivo para la economía de un proceso de inyección es el número de piezas producidas por unidad de tiempo, que depende en gran medida del tiempo de enfriamiento y éste, a su vez, varía proporcionalmente en relación con el cuadrado del espesor de la pared de la pieza. Por tanto, no es recomendable inyectar piezas excesivamente gruesas. Además, para que el enfriamiento se produzca de forma homogénea en toda la pieza es mejor que los espesores de ésta sean uniformes.

Tiempo de plastificación.

El tiempo de plastificación o de carga es el tiempo que tarda la máquina en cargar material para la próxima inyectada y será afectado por:

La temperatura. La velocidad de giro del husillo. La contrapresión. El tipo del material.

Tiempos de movimiento.

Los tiempos de movimiento corresponden a los tiempos:

De apertura de molde. De expulsión.

De cierre de molde.

Tiempo de ciclo.

El tiempo de ciclo depende, principalmente, de los tiempos de las etapas o fases de:

Cierre del molde. Inyección. Enfriamiento de la pieza. Apertura del molde y expulsión de la pieza.

RECUBRIMIENTO METALICO Y SU FUNCION PRINCIPAL

La función principal más frecuente e importante de los recubrimientos metálicos es el de proteger a otros metales de la corrosión. Otros usos son: lograr un conjunto de propiedades diferentes que no están reunidas en un metal solo o fines decorativos.

La mayoría de los metales, expuestos a la acción del ambiente, sufren transformaciones fisicoquímicas que los degradan, reducen su utilidad y llegan a destruirlos. Los fenómenos que originan estos cambios se agrupan en el concepto de corrosión, o, con mayor amplitud, en el de deterioro de materiales. Para comprender mejor la importancia y la actuación de los recubrimientos metálicos conviene clasificar los metales disponiéndolos en orden decreciente de su tendencia a disolverse, es decir, de su potencial negativo, obteniéndose así la llamada serie de fuerzas electromotrices. Al potencial del hidrógeno se le asigna, arbitrariamente, el valor cero, y los demás potenciales se obtienen partiendo de este electrodo tipo (tabla 1). Cualquier metal de esta serie que tenga un potencial negativo mayor (ánodo) está expuesto a corroerse, si se le une a otro con potencial negativo menor (cátodo). Esta serie puede sufrir alteraciones en su ordenación al variar los electrólitos o condiciones ambientes, o por formarse sobre los metales o aleaciones tenaces películas (pasivación) de óxidos u otros compuestos que interrumpen la corrosión.

En la mayor parte de los casos, la aplicación de un recubrimiento metálico tiene por finalidad proteger de la corrosión a otro metal más barato. Para ello, lo más eficaz es elegir como protector a otro situado en la serie de fuerzas electromotrices por encima del que se va a proteger. En el caso particular del hierro, p. ej., son el aluminio, el zinc y, en la mayoría de las condiciones, el cadmio los que mejor lo protegen. Se dice en estos casos que el metal que forma el recubrimiento se sacrifica en beneficio del hierro, y tiene poca importancia que queden sin recubrimientos pequeñas zonas: poros, rayas, bordes de

chapas finas. Puede ocurrir, sin embargo, que por exigencias de dureza, de resistencia al desgaste mecánico, de aspecto decorativo o de conductividad eléctrica, se prefiera un metal (níquel, estaño, cobre, plata, oro) o aleación (acero inoxidable, metal monel, etc.), que aun estando por debajo del hierro en la serie de fuerzas electromotrices presente, por su tendencia a la pasivación, mayor resistencia a la corrosión. Entonces es importante que el recubrimiento no presente poros ni otros defectos que dejen el hierro al descubierto, pues, al comportarse éste anódicamente con respecto al que forma el recubrimiento, la corrosión en dichas zonas sería más intensa que si no estuviera recubierto.

TIPOS DE RECUBRIMIENTOS METALICOS

NiqueladoEl niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico, que se da a los metales, para aumentar su resistencia a la oxidación y a la corrosión y mejorar su aspecto en elementos ornamentales.

Hay dos tipos de niquelado: Niquelado mate y Niquelado brillante.

El niquelado mate: se realiza para dar capas gruesas de níquel sobre hierro, cobre, latón y otros metales ( el aluminio es un caso aparte) es un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesos capas de níquel en tiempos razonables.Los componentes que se utilizan en el niquelado son: Sulfato de níquel, cloruro de níquel, ácido bórico y humectante

El niquelado brillante: se realiza con un baño de composición idéntica al anterior al que se le añade un abrillantador que puede ser sacarina por ejemplo. Para obtener la calidad espejo la placa base tiene que estar pulida con esa calidad. La temperatura óptima de trabajo está entre 40 y 50 °C, pero se puede trabajar bien a la temperatura ambiente.En los baños de niquelado se emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se va depositando níquel en el cátodo. Por esto la concentración de sales en el baño en teoría no debe variar y esos baños pueden estar mucho tiempo en activo sin necesidad de añadirles sales.

Anodizado

Anodización o anodizado es una técnica utilizada para modificar la superficie de un material. Se conoce como anodizado a la capa de protección artificial que se genera sobre el aluminio mediante el óxido protector del aluminio, conocido como alúmina. Esta capa se consigue por medio de procedimientos electroquímicos, de manera que se consigue una mayor resistencia y durabilidad del aluminio.

Con estos procedimientos se consigue la oxidación de la superficie del aluminio, creando una capa protectora de alúmina para el resto de la pieza. La protección del aluminio dependerá en gran medida del espesor de esta capa (en micras).

El nombre del proceso deriva del hecho que la pieza a tratar con este material hace de ánodo en el circuito eléctrico de este proceso electrolítico.

La anodización es usada frecuentemente para proteger el aluminio y el titanio de la abrasión, la corrosión, y para poder ser tintado en una amplia variedad de colores.

Las técnicas de anodizado han evolucionado mucho con el paso del tiempo y la competencia en los mercados por lo que pasamos de una capa de óxido de aluminio con el color gris propio de este óxido hasta la coloración posterior a la formación de la capa hasta obtener colores tales como oro, bronce, negro y rojo. Las últimas técnicas basadas en procesos de interferencia óptica pueden proporcionar acabados tales como azul, gris perla y verde.

Hay distintos métodos de coloración de las capas de óxido formadas: coloración por sales y coloración por tintes siendo la primera opción la más habitual y la que más calidad en acabado y durabilidad garantiza.

Como técnica reciente se está desarrollando los acabados por interferencia (azul, gris y verde) basados en modificaciones posteriores del poro del óxido de aluminio formado en la etapa propia de anodizado. Esta modificación microscópica del poro se consigue mediante reproducción de condiciones de temperatura, concentraciones de electrolito, voltajes, superficie de carga afectada y características de la aleación. El control de estas variables y la reproducibilidad de las condiciones del proceso son las que determinan el acabado azul, gris o verde.

Cobrizado

Tratamiento electrolítico de color cobre brillante, su cometido es aumentar la conductividad eléctrica en aceros, evita la deposición de proyecciones de soldadura, y como base posteriores recubrimientos, con pequeños espesores (4-10 um).

Aplicable sobre los siguientes materiales: hierro, acero, zamac.

Recomendable para los siguientes campos de aplicación:

1. Armas

2. Construcción de maquinaria

3. Útiles y moldes

4. Decoración

5. Mobiliario

Galvanizado

Galvanizado es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un metal con otro. Se denomina galvanización pues este proceso se desarrolló a partir del trabajo de Luigi Galvani, quien descubrió en sus experimentos que si se pone en contacto un metal con una pata cercenada a una rana, ésta se contrae como si estuviese viva, luego descubrió que cada metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, por lo tanto cada metal tiene una carga eléctrica diferente, según el tipo de metal lo cual se debe a que se han descubierto metales con mucha carga eléctrica por el magnetismo de la tierra.

La función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual se realiza el proceso. El galvanizado más común consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre hierro (Fe); ya que, al ser el zinc más oxidable, menos noble, que el hierro y generar un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse al oxígeno del aire. Se usa de modo general en tuberías para la conducción de agua cuya temperatura no sobrepase los 60 °C ya que entonces se invierte la polaridad del zinc respecto del acero del tubo y este se corroe en vez de estar protegido por el zinc. Para evitar la corrosión en general es fundamental evitar el contacto entre materiales disímiles, con distinto potencial de oxidación, que puedan provocar problemas de corrosión galvánica por el hecho de su combinación. Puede ocurrir que cualquiera de ambos materiales sea adecuado para un galvanizado potencial con otros materiales y sin embargo su combinación sea inadecuada, provocando corrosión, por el distinto potencial de oxidación comentado.

Zincado

El uso del zincado electrolítico frente a galvanizado por inmersión en zinc, pinturas, y otros recubrimientos, tiene varias razones:

El espesor de la capa protectora de zinc suele ser de 10 micras y no superior a las 30 micras, consiguiendo que no se aumente el volumen de la pieza. En algunos casos esto se hace imprescindible.

La capa protectora se adhiere electrolíticamente a la pieza. Esta capa pasa a formar parte de la pieza, con lo que se podrá doblar, plegar y modificar la pieza sin pérdida de capa protectora.

El zincado electrolítico no deforma los materiales, el proceso se realiza a temperatura ambiente.

El precio del zincado electrolítico es más económico, que otras opciones de recubrimiento.

Versatilidad en acabados, distintos pasivados. El zincado electrolítico tiene un aspecto fino y brillante, no deja rebabas, ni impurezas.

El sistema de calidad le garantiza acabados profesionales.

Posiblemente una de las mejores opciones para proteger sus materiales contra la corrosión.

El uso del zincado electrolítico frente a galvanizado por inmersión en zinc, pinturas, y otros recubrimientos, tiene varias razones:

El espesor de la capa protectora de zinc suele ser de 10 micras y no superior a las 30 micras, consiguiendo que no se aumente el volumen de la pieza. En algunos casos esto se hace imprescindible.

La capa protectora se adhiere electrolíticamente a la pieza. Esta capa pasa a formar parte de la pieza, con lo que se podrá doblar, plegar y modificar la pieza sin pérdida de capa protectora.

El zincado electrolítico no deforma los materiales, el proceso se realiza a temperatura ambiente.

El precio del zincado electrolítico es más económico, que otras opciones de recubrimiento.

Versatilidad en acabados, distintos pasivados. El zincado electrolítico tiene un aspecto fino y brillante, no deja rebabas, ni impurezas.

El sistema de calidad le garantiza acabados profesionales.

Posiblemente una de las mejores opciones para proteger sus materiales contra la corrosión.

Pinturas

La pintura es una composición líquida pigmentada, que se convierte en película sólida y opaca después de su aplicación en capa fina. En realidad, debe hablarse con más exactitud de películas «relativamente» opacas, ya que normalmente éstas son algo translúcidas. Las pinturas son substancias naturales o artificiales, generalmente orgánicas, adecuadas para formar sobre la superficie de un objeto una película continua y adherente, que le confiera poder protector, decorativo, aislante, filtrante a determinadas radiaciones, etc. En la industria automovilística, el empleo de las pinturas ha tenido como objetivo principal dotar a las carrocerías y demás elementos de cierta protección, además del aspecto decorativo.

En relación con los componentes fundamentales de una pintura hay que indicar que el ligante es el elemento no volátil, constituido por una resina y aceites naturales o sintéticos, mientras que el pigmento es la materia pulverulenta insoluble (dispersa en el ligante) que confiere color, poder cubriente y de relleno, y los disolventes y diluyentes (orgánicos y volátiles) constituyen el vehículo que facilita la aplicación y formación de la película de pintura. El ligante y los pigmentos representan la parte seca y constituyen la película definitiva (que permanece después de la evaporación de los disolventes y diluyentes) y, por tanto, la parte activa y útil de las pinturas. El ligante protege los pigmentos de los ataques de los agentes externos, mientras que éstos detienen la penetración de la luz e impiden su acción perjudicial sobre el estrato superficial. Los disolventes y diluyentes tienen la función transitoria de hacer más fluida la pintura, para poder aplicarla convenientemente; no obstante, en algunos casos, como en las pinturas al aceite (donde éste realiza a la vez las funciones de diluyente y ligante) no son necesarios. Las pinturas en polvo, más modernas, constituyen un caso similar.

Lacas

La laca una secreción resinosa y translucida producida por el insecto Laccifer lacca, de donde toma el nombre, que habita sobre varias plantas, sobre todo en la India y el Este de Asia. Dicha secreción se halla pegada a las ramas de la planta invadida, y en ella está encerrado el insecto durante casi toda su vida. Una vez recolectada, molida y cocida con otras resinas y minerales, se convierte en goma laca, usada en barnices (transparentes o coloreados), tintas, lacres, adhesivos, etc.

Las lacas son productos que forman películas más o menos duras, más o menos brillantes y con buena resistencia al frote. Se le da la protección final al cuero, contra el rayado, el desgaste y la abrasión. Este tipo de producto sólo se puede adherir sobre cueros que tienen un fondo ya aplicado. La laca le da el brillo final.

Lacas Pigmentadas: Son moliendas de pigmentos incorporadas a la nitro o acetoburitato, donde estos actúan como si fueran ligantes. Se emplean en la etapa final del acabado para emparejar el color. Mezcladas con anilinas de complejo metálico 1:2, se logran efectos semi-anilinas de aspectos agradables. Este procedimiento tiene la ventaja respecto del uso de la anilina nitro (sin pigmentar) que obtendremos en toda la superficie del cuero.

Lacas Poliuretanos: Dentro de esta familia se distinguen las de un solo componente no reactivo y las de dos componentes reactivos.

Estas lacas de un solo componente pueden aplicarse mezcladas con lacas nitrocélulosicas lográndose de esta combinación acabados con mayor solidez y tacto más agradable. Las lacas de dos componentes reactivos se elaboran partiendo de pre-polímeros que contienen grupos de hidroxilos libres y de un segundo componente de endurecedores que contienen grupos izo cianatos. Ambos productos se mezclan antes de aplicarse de manera que la reacción que produce sobre la superficie del cuero es de elevada solidez. Este sistema es utilizado en la fabricación de charol, tapicería, marroquinería, etc., donde se requiere gran solidez y fácil limpieza.

Lacas Vinílicas: Este tipo de laca proporciona películas de muy baja absorción de agua, buena adhesión y excelente resistencia al frote y a los solventes comunes y por estas cualidades se emplea en terminaciones para tapicería.

Se trata de resinas sintéticas o naturales que se disuelven en alcohol y que se secan por evaporación rápida del disolvente y a menudo cuentan con un proceso de curado que produce un acabado de dureza, con un aspecto que va desde el brillo al mate. En ocasiones puede requerir un pulido.

Las resinas usadas comúnmente son: gomas lacas, dammar y sandáraca (resinas blandas), colofonia y resinas formo fenólicas. Como solventes se utilizan el alcohol etílico y el metílico. Son de secado rápido, empleándose para proteger maderas, paneles, etc. aplicando una película incolora y brillante.

Barnices

Se denomina barniz el producto constituido solamente por ligantes (resinas o aceites) y disolventes, mientras que la pintura consta de ligantes, pigmentos y disolventes. El término esmaltes se puede aplicar a las pinturas de acabado (es decir, la última capa o estrato visible), que poseen una pigmentación fina y un color determinado, al objeto de conferir un aspecto decorativo, de señalización, etc. (Se tiende a que la pigmentación sea lo más fina posible, al objeto de dotar al acabado de un aspecto liso y brillante). Por tanto, las consideraciones siguientes, sobre ligantes y disolventes, se aplican a los barnices; pero conviene recordar que para que un barniz se convierta en pintura sólo es necesario añadirle un pigmento.

Fuentes bibliográficas

http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_(metalurgia)#Historia

http://www.escuelaing.edu.co/uploads/laboratorios/9627_fundicion.pdf

http://es.scribd.com/doc/59549446/Breve-historia-de-la-Fundicion-de-Metales#scribd

https://elcrisoluspt.files.wordpress.com/2008/09/historia_fundicion.pdf

http://docencia.udea.edu.co/ingenieria/moldes_inyeccion/unidad_2/proceso_inyeccion.html

http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com/2011/06/inyeccion-de-materiales-plasticos-ii.html

http://blog.utp.edu.co/metalografia/389-2/

http://www.monografias.com/trabajos85/tipos-recubrimientos/tipos-recubrimientos.shtml