Ao De La Unin Nacional Frente A La Crisis Externa

Fecha: 11/02/2009

INFORME N 001 2009.EFPM

A : Ing. VASQUEZ BERROCAL, PelayoDE : ESTEBAN HUAYANAY, Carlos Erik

TITULO : Materiales y Herramientas de la Planta Piloto de Fundicin de la UNDAC

Por medio de la presente me dirijo a usted y a la vez aprovecho la oportunidad para saludarle e informarle lo siguiente.

En cumplimiento de las labores encomendadas en Materiales y Herramientas de la Planta Piloto de Fundicin de la UNDAC del curso de Fundicin I del VI Semestre, lo realice sin ningn problema y lo presento. Atentamente:

ESTEBAN HUAYANAY, Carlos Erik

COD: 0654203033

INTRODUCIONLa fundicin mas que una ciencia es un arte que tiene que

tiene como objetivo dar una forma determinada a una masa

metlica, por medio del proceso de fusin, que facilita el

procedimiento ms fcil y econmico para la reproduccin

metlica de una forma precisa.

OBJETIVO El principal objetivo de esta prctica es el reconocimiento de los de los materiales y herramientas que se encuentran en nuestro laboratorio de fundicin.

Tambin de la correcta manipulacin de estos materiales para obtener buenos resultados de la materia a obtener en la fundicin.

MATERIALES Y HERRAMIENTAS DE FUNDICION Horno A Crisol Basculante.- Se pueden adactar crisoles de 1 y 2 Kg. Puede fundir Oro, Plata, Latn y todo tipo de metal que no supere el punto de fusin de 1150C En este modelo el vaciado del metal se efecta directamente del crisol al molde, tanto para hacer hilo como chapa.Existe en el mercado varios tipos de hornos a crisol basculante estos se eligen de acuerdo a la necesidad o al uso en que se le va a someter.

Fotografas: Vista de Frente Vista de Perfil Vista de Planta

En seguida presentamos otros ejemplares:

Ventilador Vista de Planta Vista de Perfil Triturador de rodillo.- El triturador de rodillo se utiliza para desarmar todos los grumos de la arena que se va utilizar para la preparacin de los molde Vista de Frente Vista de Perfil Vista de Planta

Modelos.-Los modelos estn hechos de madera comnmente; estos se utilizan para la elaboracin de los moldes, ya que deben tener la figura exacta que se requiere obtener en el proceso de fundicin.Clasificacin general:

A. Segn la forma que reproducen: externos e internos (Caja para machos)

B. Forma: Al natural, enteros o divididos en dos o ms partes

C. Material: Madera, metlico, resinasPropiedades: Fcil extraccin o desmoldeo

Deben prever la contraccin. Deben prever posteriores mecanizados. Deben ser duraderos

Deben ser precisos FUNCIONES QUE DESEMPEAN LOS MACHOS:

Ejecucin de partes vacas o internas de una pieza Solucionar problemas de contrasalidas de piezas

Solucionar problemas de ngulos de salida en las piezas

Evitar cajas intermediasPROPIEDADES QUE DEBEN CUMPLIR LOS MACHOS Resistencia una vez fabricado el macho: facilidad de manipulacin durante la extraccin del macho.

Conservacin durante el almacenamiento: Por lo general la fabricacin de los machos es mucho ms rpida que la fabricacin de los moldes lo que obliga al almacenamiento; esto hace que deban guardarse en lugares secos y libres de polvo para que la humedad no los afecte.

Poca deformacin por dilatacin: Un macho sometido al calor, un tiempo demasiado alto pero menor al tiempo de solidificacin de la masa metlica que lo envuelve, puede originar grietas o fracturas en l originando defectos internos en la pieza.

PERMEABILIDAD: Facilidad para dejar evacuar los gases.

Resistencia durante la colada: va ligada con la facilidad de manipulacin durante la extraccin del macho. En muchos casos, se pueden presentar deformaciones que se contrarrestan utilizando apoyos, o soportes durante el curado. Poca oposicin a la contraccin del metal: Los machos deben poseer algo de elasticidad debido a la contraccin del metal al solidificarse, una excesiva compactacin hace disminuir la permeabilidad impidiendo que se deslicen entre si los granos y ocupen los espacios entre ellos.

Buen acabado superficial: se recurre a un ndice de finura mayor y a un mayor apisonado hasta donde sea posible sin que ello vaya afectar otras propiedades como la permeabilidad, la elasticidad, dilatacin y friabilidad. Friabilidad: Una vez solidificadas las piezas los machos deben ser extrados desmoronndolos.

Bajo costo: Para un proceso productivo se tiene que hacer un estudio de rentabilidad teniendo en cuenta el nmero de machos y el tamao de los mismos, teniendo en cuenta aglomerantes, resinas, mano de obra, desarrollo de nuevos procesos y acabado que se requiera en las piezas.

PROCESOS DE FABRICACION DE LOS MACHOS

Se fabrican segn su ejecucin sea:

manual o mecnica;

la temperatura sea en caliente o igual a la del medio;

la arena base utilizada para la preparacin.

Mostramos algunos modelos de madera de caoba: Moldes. Los estn hechos de arena, tierra, tierra sinttica, cemento, yeso, etc. Segn el modelo adoptado, esto se realiza porque es este el material que va ha recibir el metal fundido.Preparando el molde en medio tacel, antes de apisonar la arena.

Molde sobre un busto de cera. Inmediatamente, caucho siliconado y cubriendo todo, yeso

Podramos definirlos como los elementos que nos permiten trasladar una forma a distintos materiales. Trabajamos con moldes de:

YESO para cermica, caucho siliconado y cera.

CAUCHO SILICONADO para cera y poliuretano expandido.

YESO Y CUARZOS para peltre, aluminio, alpaca, bronce, hierro.

CASCARILLAS de silicato de sodio y materiales refractarios para bronce.

ARENAS para bronce y hierro (en el caso del hierro de fundicin se puede usar arenas aglomeradas o compactadas, tambin funciona mejor si los originales son pintados previamente con pinturas de grafito o carbn vegetal, usando goma laca como vehculo).

LOS MOLDES DE YESO

Molde de yeso usado para sacar positivos de cera y peltre

La matriz o pieza a la que se ha de realizar el molde, deber ser impermeabilizada y colocarle un desmoldante (vaselina, grasa, aceite) que debe ser extendido con cuidado, luego se hace un contenedor y se prepara el yeso (2 partes de yeso y 1 parte de agua). Si se va a usar el yeso para colar cera, se lo impermeabiliza con aceite y se lo moja con agua antes de colar la cera. Para el peltre, el molde de yeso es adecuado siempre que est completamente seco. Para la alpaca (a cera perdida). Debe cubrirse (pintarse) la pieza de cera con una mezcla hecha de yeso y cuarzo, (1 de yeso por 2 de cuarzo, en volumen). Para la contencin de esa primera pintura de yeso-cuarzo, se ha probado con arena y 8 % de silicato de sodio, luego se lo flamea para darle la dureza necesaria. Se ha utilizado yeso, perlita y cuarzo (1 de cuarzo, 1 de perlita y 1 de yeso) para hacer el molde. Para obtener una buena copia de la pieza, es recomendable cubrirla previamente con la pintura de yeso y cuarzo malla 200.

LAS ARENAS.

Las arenas pueden ser compactadas con bentonita y silicato de sodio al 8 % aproximadamente. Para el hierro tambin se agrega carbn vegetal en un 4 %.

LA PERLITA.

Con este material, y en los moldes de un cierto espesor, se presenta el problema del quemado de la cera que necesita una temperatura de 800. Se requiere mucho tiempo para que esa temperatura llegue al centro de la pieza. En formas pequeas y medianas funciona bien reemplazando la camota o arena. Tambin sirve para colar vidrios, al actuar como aislante trmico que demora el enfriado.

PROCEDIMIENTOS PARA REALIZACIN DE MOLDES

De acuerdo a las dimensiones y la forma, ser el mtodo utilizado para realizar el molde (a cera perdida). Si se utiliza un elemento slido para el copiado, la arena se prensa sobre el mismo con la eleccin de adecuados contenedores para apisonar la arena. El material en que se fundir la pieza determinar la realizacin del molde.

1- Original o matriz

2- Molde de caucho siliconado o yeso

3- Copia en cera

4- Molde a la cera: de yeso y cuarzo y arenas

5- Quemar la cera. Vaciar el molde.

6- Fundir el metal y colocar los moldes

ORIGINAL O MATRIZ

El original o matriz, puede ser de cualquier material.

Si se quiere reproducir varias veces deber ser un molde de caucho o de yeso, si la forma lo permite.

MOLDE DE CAUCHO SILICONADO O YESO

En estos moldes se puede colar cera.

Formula de cera (en peso).

Cera virgen

70 %

Parafina slida20 %

Resina vegetal 10 %

Se mezcla todo en caliente a 100 y se espera que enfre hasta que comienza a formar una pelcula superficial.

COPIA EN CERA

Si la pieza ser con noyo (hueco que queda entre las paredes de la pieza), se espera que tome espesor y luego se vaca el molde, dejando una pelcula de 0,5 a 1 cm.

Se espera que enfre dentro del molde. Luego se lo retira del mismo. Se hacen las coladas y las salidas de gases a la pieza retirada del molde (en cera).

Obsrvense los escapes de gases necesarios para el momento del volcado del metal fundido. Esta matriz de cera ser pintada y apisonada en arena. Luego se realizar el trabajo de cera perdida y quedar el negativo (vaco) en la arena. Cuando sta quede seca, se proceder a colarle el metal.

PREPARACIN DE LA MATRIZ DE CERA

Para colar metales: Se pinta con goma laca los moldes de cera, y luego se aplica una pintura de yeso y cuarzo.

Pinturas probadas:

Yeso y cuarzo (2 cuarzo, 1 yeso) Adecuado para el bronce

Yeso y grafito (2 grafito, 1 yeso) Adecuado en hierro con arena

Cemento refractario (Funciona bien cuando esta bien seco luego de la aplicacin)

Otras pruebas:

Arena mezclada con silicato de sodio al 8% (funciona bien cuando se logra un buen prensado).

Yeso con cuarzo, pintado sobre la cera y luego arena prensada y flameada. (Mejora la copia de superficie).

Para Hierro:

Arenas prensadas con 4 % de carbn vegetal molido y bentonita 12 %

No es recomendable el yeso.

Tambin se probaron distintas cascarillas que funcionaron bien en piezas pequeas y dejndolas varias horas para secar entre capa y capa (de 6 a 8 hs.), Con cuarzo, chamota de caolin y silicato de sodio 15 %.

QUEMADO DE LAS CERAS

Eliminando la cera del molde a soplete.

A los moldes de yeso conviene meterlos hmedos en el horno y quemar la cera a 800 mantenindolos a esa temperatura varias horas.

Es importante asegurarse retirar toda la cera del interior del molde. Que se queme totalmente. Un indicador es ver que el molde est de color blanco sin manchas oscuras en el cono de colada.

Hierro fundido colando a la cuchara para llevar el metal a los moldes.

Horno Cubilote.- A pesar de que la primera patente de lo que se considera el cubilote moderno cumpli en 1994 doscientos aos de ser otorgada a John Wilkinson (Inglaterra), se puede decir que el cubilote mantiene su diseo fundamental hasta nuestros das. Naturalmente, ha sufrido variaciones estructurales, se le han incorporado aditamentos, se han rediseado algunas de sus partes, particularmente el sistema de toberas, pero su concepcin inicial de horno tubular, en posicin vertical, con la entrada de la carga metlica por la parte superior y un contacto directo entre el combustible slido y dicha carga metlica, se ha mantenido inalterable.

Esto se debe a una causa fundamental: el cubilote posee una eficiencia de fusin alta en comparacin con los dems hornos empleados con el mismo fin. Esto se explica, porque en este tipo de horno la carga metlica a fundir (arrabio, chatarra de acero, ferro aleaciones, rechazos de la produccin, etc.), est en contacto directo con el combustible slido (coque), que se emplea para su fusin. Esta eficiencia de fusin se entiende como la relacin que existe entre el calor potencial que hay en el hierro fundido que sale del cubilote y el total del calor que entra al proceso (combustin de coque, procesos de oxidacin de ndole exotrmica y calor sensible en el aire que se sopla dentro del horno). As, por ejemplo, en condiciones favorables de eficiencia (empleando soplo caliente), se pueden alcanzar valores algo superiores al 40 %. En cambio, en condiciones muy desfavorables (soplo fro, revestimiento del horno en mal estado, mala operacin del horno, etc.), este valor puede descender hasta 30 % o ms. Sin embargo, la eficiencia de la combustin en este tipo de horno no sobrepasa el 60 al 70 %, lo cual es un valor bajo en comparacin con los dems hornos que queman combustible. Esto se debe, principalmente, a que no se puede hacer un uso total del contenido calrico del coque sin interferir en los requerimientos metalrgicos del proceso, en tanto, el coque y sus gases de combustin son elementos activos en dicho proceso.

Por todo lo expresado hasta aqu, es que se ha afirmado que operar bien un cubilote no es tanto controlar un proceso metalrgico, como dirigir una combustin. Por ese motivo, todo lo concerniente a las caractersticas del combustible empleado, as como el volumen y presin del aire que se introduce en el horno (sin olvidar la humedad relativa), posee una importancia primordial para la buena marcha del mismo. Paralelo a esto, el horno debe poseer determinadas relaciones entre sus parmetros de diseo, de manera tal que el proceso de combustin que se produzca dentro de l permita obtener un hierro fundido a la temperatura requerida.

El presente trabajo tiene como objetivo relacionar los parmetros de diseo y operacin, mediante una metodologa pre-establecida, de manera que se obtenga un cuadro general que caracterice el horno objeto de anlisis.Estructura del horno de cubilote.

El cubilote est constituido por las siguientes partes:

a. Envoltura cilndrica de chapa de acero soldada.

b. Revestimiento interno de material refractario (entre este y la envoltura se deja una capa intermedia de unos 2 cm, rellena de arena seca, para permitir las dilataciones radiales y axiales de refractario).

c. Chimenea y su correspondiente cobertura. Algunas veces se aade apaga chispas.

d. Boca de carga: pequea y provista de una plancha inclinada para la introduccin de las cargas cuando se realizan a mano, ms amplia si se hace mecnicamente.

e. Cmara de aire anular, de plancha delgada, que circunda del todo o en parte la envoltura y dentro de la cual, pasa aire o viento (enviado por una mquina soplante) para la combustin del coque.

f. Toberas, de hierro colado o chapas de acero, en forma de caja horadada y adaptada al revestimiento para conducir el aire al interior del cubilote. En la parte correspondiente de cada tobera, la pared exterior est agujereada y provista de portillos con mirillas (de mica o cristal) para vigilar la combustin.

g. Piquera de escoria. Abertura dispuesta a unos 15 o 20 cm aproximadamente por debajo del plano de toberas, inclinada de 30 a 40, respecto a la horizontal, para facilitar la salida de la escoria.

h. Puerta lateral de encendido y limpieza. Antes de cerrarla, al comienzo de la fusin, hay que rehacer el murete que completa el revestimiento.

i. Canal de colada, de plancha de hierro, revestido de masa refractaria. Mantiene la misma inclinacin de la solera (10), para hacer caer el hierro fundido en el caldero de colada.

j. Solera a fondo de cubilote. Consiste en arena de moldeo apisonada e inclinada 10 hacia la piquera de sangra del horno.

k. Plancha base de envoltura cilndrica; de hierro colado o chapa fuerte. En su centro hay una abertura del dimetro de la solera, que puede cerrarse con un portillo de descarga de uno o dos batientes que se abren hacia abajo por medio de un cerrojo, de una palanca o quitando el puntal. A travs de ella se descarga el contenido de coque de la cama, al final de la operacin del horno.

l. Columnas de apoyo: casi siempre son cuatro, de hierro fundido y son sostenidas a su vez por unos cimientos de ladrillos de hormign.

m. Crisol: es la parte inferior del cubilote comprendido entre la solera y el plano de las toberas. Se estima que el metal ocupa en l, el 46 % del volumen. El 54 % restante est ocupado por coque incandescente.

Funcionamiento del cubilote. a. Reparacin. Despus de cada fusin de 3 a 10 horas, el cubilote se deja enfriar y, al da siguiente, se repara. A este fin, con un cincel o una piqueta, se quita la escoria o el material refractario vitrificado adherido al revestimiento, que se presenta ms o menos corrodo en torno a las toberas hasta alcanzar el material refractario que no ha sufrido deterioro. Las partes afectadas se recubren entonces con material nuevo, a mano y dejndolo reposar por lo menos 24 horas. Si el espesor a recubrir es muy grande, se utilizan trozos de ladrillos, siempre del mismo material refractario.

La reparacin puede efectuarse tambin por medio de unos aparatos especialmente creados para este uso, que proyectan la masa refractaria contra las paredes que hay que reparar por medio de aire comprimido. Este sistema es aplicable a los hornos de dimensiones grande y mediana.

Al da siguiente se puede encender de nuevo. Algunas veces se repara durante la noche o la madrugada para fundir todos los das. Aunque esto requiere de un esfuerzo considerable por parte de los reberberistas.

b. Encendido. Se repara la solera del horno con arena de moldear seca con una pequea adicin de grafito, arcilla y agua, secndose con fuego de lea o con una llama de fuel-oil o de gas.

Dos horas antes de dar comienzo a la colada, por la portilla de encendido (o desde arriba) se introduce un montoncito de lea seca que se enciende hasta obtener un fuego abundante y vivo, favorecido por el enrgico tiro que producen la portilla de encendido, las mirillas de las toberas, la piquera de colada y la de escoria, todas abiertas, as como la propia chimenea del horno.

Se empieza entonces a introducir el coque encendido, en una capa de unos 32 cm para cada carga, a razn de 140Kg. por metro cuadrado de horno; con el coque debe mezclarse un 5a 10 % de piedra caliza, llamada tambin fundente; antes de introducir una nueva capa hay que asegurarse de que el coque situado debajo est bien encendido.

El coque de encendido debe alcanzar de 1a 1.60metros sobre el plano de toberas. El nivel se comprueba introduciendo por la boca de carga una cadena o una cabilla doblada en (Z), el encendido de la columna se comprueba observando el color rojo del revestimiento refractario u observando directamente los trozos de coque por la mirilla de las toberas. Se activa el encendido dando viento por espacio de 4 a 5 minutos, lo cual sirve tambin para desulfurar el coque.

c. Introduccin de la carga. La carga del horno comienza colocando sobre la capa de coque de encendido una carga de coque adicionada de la necesaria cantidad de fundente y encima de esta la carga metlica. A continuacin se coloca una segunda carga de coque con fundente y la segunda carga metlica, y as alternativamente hasta alcanzar la puerta de carga. A continuacin, se espera un perodo de tiempo de 60 a 90 minutos (segn el tamao del horno), para que el coque encendido de la cama precaliente las cargas aadidas al horno. Transcurrido ese tiempo, se cierran las mirillas de las toberas y las portillas, se conecta el ventilador y si todo ha sido bien ejecutado, transcurrido de 6 a 9 minutos, se presentar el primer hierro fundido en la piquera de colada. Este hierro se considera fro y no se utiliza. Solo se emplea cuando comienza a salir caliente y con buena fluidez por el canal.

La carga de coque de encendido (cama), cuya funcin es sostener las cargas colocadas encima y dar, con su combustin, la energa trmica necesaria, debe estar constituida por una cantidad de combustible cuya altura permanezca invariable durante toda la colada.

Para ello, el coque consumido se reintegra de modo regular a travs de las cargas sucesivas de coque, que entran por la puerta de carga.

d. Perodo de operacin. A partir de que el primer hierro fluye libremente por el canal de sangra, se cierra este orificio con un tapn de barro refractario. Se deben disponer de varios tapones (humedecidos, prximos al horno), ya que se utilizarn cada vez que se pique el horno. Ahora se espera a que se acumule el hierro lquido en el crisol del horno. La medida de que el crisol estar lleno le dar la salida de escoria por la piquera correspondiente. La fluidez con que salga la escoria es ndice del buen funcionamiento del horno. Inmediatamente que salga toda la escoria (comienza a salir hierro, junto con la escoria), quiere decir que el crisol est lleno de hierro lquido. Entonces se rompe el tapn del orificio de sangra y se recibe el hierro en las cazuelas de vertido. Vaciado el crisol se coloca un nuevo tapn en el orificio de sangra y se repite todo el proceso.

Lo descrito aqu es lo que se denomina operar el horno por picada y se hace cuando se demandan grandes cantidades de hierro de una vez o por prctica establecida.

En el sistema por sifn (Pinar del Ro), desde un inicio el orificio de sangra permanece abierto, el hierro y la escoria se separan en el sifn. Esto es lo que se conoce como colada contina.

e. Fin de la fusin. Despus de algunas horas de funcionamiento se comprueba la cantidad de piezas que quedan todava por colar y se introduce la ltima carga, reservado para esta los trozos de metal ms ligeros. Cuando el nivel de la carga alcanza aproximadamente las tres cuartas partes de la altura del horno, se reduce gradualmente el viento, cerrando por completo la entrada de aire al horno cuando est prxima la fusin del ltimo hierro colado. Cuando aparece escoria en la piquera se vaca el horno. f. Vaciado del horno. Hay que asegurarse de que el pavimento debajo del horno est bien seco; se abren los portillos de las toberas, se abre el canal de colada y la portilla de encendido y se hace correr cerrojo o el puntal que cierra la puerta inferior del horno. La solera del horno cae al igual que los residuos de la capa de coque y de material contenidos, que se apagan con chorros de agua y se retiran para que no se estropee el cubilote. El coque recuperado se aprovecha para las estufas o para el relleno de machos muy voluminosos. El hierro se funde para las piezas corrientes. Vista de Frente Vista de Perfil

Herramientas de Fundicin

Herramientas de moldeador: Cada operario ha de disponer de numerosas herramientas manuales para ejercer su oficio y entre las mas usadea e indispensables hemos de citar las siguientes.

1) Baquetas para agujeros de aire en la arena que aumenten la porosidad de esta.

2) Atacador o pisn cnico

3) Paletas de alisar

4) Tamiz

5) Fuelle

6) Martillos

7) Cepillos

8) Esptulas planas y de cuchara

9) Alisadores de escuadra

10) Topes y soportes para machos, de metal de fcil fusin

11) Nivel de burbuja

12) de aire

- Crisoles.- Los crisoles son materiales que se utilizan en la fundicin, ya que estos tiene la propiedad de alcanzar altas temperaturas, que es la necesaria para que los metales se fundan.

Crisoles de grafito realizados en el torno. No son sometidos a compresin.

De grafito: Grafito

500 grs.50 %

Carburo de silicio

100 grs.10 %

Chamote de caolin

100 grs.10 %

Caolin

300 grs. 30 %

Feldespato

50 grs. Se cocina a 800 en caseta con aserrn y luego directamente en la fragua con coque. Despus de la coccin a 800, se engoba con silicato de sodio disuelto en agua. Funciona muy bien con pared gruesa (ms o menos cm)

Crisol de arcillas: arcilla refractaria

50

cuarzo (de caolin)

10

caolin

10

chamota (de caolin)

30

Frmula de arcilla refractaria (en peso)

AL 2 O330 % Temperatura equivalente 170 gr.C

SI O2

51 %

FE 2 O32,5 %

- Calderos.- Se utilizan para transportar el metal fundido hasta los moldes diseminados en el taller de fundicin y practicar la colada. Los calderos y cucharas de pequeas dimensiones se construyen de hierro fundido, los de mayor tamao de chapa de hierro, revestidos tanto en uno como en otro tipo de material refractario, que se ha sometido a una desecacin previa.

HORNOS DE CMARA, CALENTAMIENTO ELCTRICO (N) O POR GAS (NB) PARA SECADO DE MOLDES, PARA VACIADO DE ARENA Y PRECALENTAR MOLDES

Maquina Para Hacer Pruebas Mecnicas.- Se emplean diferentes mtodos como: Tensin, Rotura, Elongacin, entre otros, para determinar la resistencia de los materiales, utilizando una mquina universal con capacidad de 10 KN, que con ayuda de un software cuantifica los resultados. FACULTAD DE INGENERIA

ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE METALURGIA