Tornillo Banco Fundicion

INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL AZCAPOTZALCO

MODELOS PARA FUNDICIN 1



PROYECTO TERMINAL

DISEO Y FABRICACINDE MODELOS

PARA FUNDICIN

PRESENTAN:

AVENDAO GARRIDO HCTOR MIGUELDE LA LUZ HERNNDEZ MARTNLEN DOMNGUEZ ERIKA SARA

RAMOS FLORES RICARDO




DISEOY

FABRICACINDE MODELOS

PARA FUNDICIN




NDICE

Justificacin 4Introduccin 5

CAPITULO I 7FUNDAMENTOS DE FUNDICIN EN ARENA

1.1 Introduccin a la fundicin 81.2 Hierros colados 101.2.1 Clasificacin de los hierros colados 111.2.2 Propiedades del hierro gris 151.2.3 Efectos de los elementos de aleacin 171.3 Tipos de arenas 181.4 Moldeo de arena en verde 211.5 Aglutinantes 22

CAPITULO II MODELOS DE FUNDICIN 26

2.1 Modelos para fundicin 272.2 Materiales para la construccin de modelos 282.3 Tipos de modelos 302.4 Fabricacin de corazones 362.5 Consideraciones del proyecto 402.6 Defectos de fundicin 54

CAPITULO III DISEO Y FABRICACIN 59

3.1 Metodologa 603.2 Diseo de la pieza 613.3 Diseo del modelo 633.4 Dibujos del moldeo 663.5 Clculos del sinfn lo 693.6 Fabricacin del molde 73

Conclusiones 74Bibliografa 75




JUSTIFICACIN

Se realiza ste proyecto, ya que en el mercado existe una gran variedad de piezashechas por fundicin, Se buscara una mayor calidad a un mejor precio, y que sufuncionamiento sea mucho mejor, con ello evitaremos la importacin ymejoraremos el mercado mexicano.




INTRODUCCIN

En la industria la fundicin es muy importante para construir mquinas e infinidadde piezas en distintos tamaos y formas, para ello se desarrollan conocimientostcnicos tan diversos como son el dibujo industrial, la mecnica de los cuerposslidos y fluidos. En este proyecto buscamos encontrar nuevos criterios paradisear modelos, incluyendo software y programas para este, conocer algunosprocesos de fundicin utilizando moldes permanentes y moldes desechables,logrando con ello rapidez, eficiencia, calidad y economa en los modelos parafundicin.

Un modelo para fundicin es el elemento que sirve para la obtencin de losmoldes de arena. Estos se logran cuando la arena se comprime alrededor delmodelo y ambos estn dentro de una caja de moldeo. Cuando se termina decompactar la arena se extrae el modelo y despus de cerrar el molde, se vaca elmetal lquido para que llene las cavidades del mismo. Los modelos deben estarbien diseados a fin de evitar dificultades de moldeo, o bien desecho porexcentricidades, formacin de grietas y otros defectos ms. Los defectosanteriores pueden evitarse si se prevn las formas adecuadas de los modelospara facilitar el moldeo.

Este proyecto consiste en obtener una pieza metlica a travs del vaciado demetal en un molde, el proyecto abarcar todos los aspectos fundamentales para lafundicin en arena, desde la seleccin de la pieza hasta la fundicin y desmoldede la misma. Desarrollaremos mtodos de prueba, enfocndonos a la fundicin enarena, y realizando un modelo de una pieza especfica.

Se investigarn todos y cada uno de los aspectos que intervengan en este tipo demodelos, desde los ms sencillos hasta los ms complejos, para poder obteneruna pieza con mejor calidad y tener un resultado favorable.




En este proyecto hablaremos sobre algunos temas como son:

Introduccin a la fundicin Propiedades del hierro colado Arena Mezcla de arena Fabricacin del molde Fabricacin de corazones Calculo de mazarotas ngulos de salida Normas de diseo Ajustes y tolerancias Molde terminado

La pieza a disear es un TORNILLO DE BANCO. Se espera mejorar con esto lacalidad del producto y el servicio.




CAPITULOI

FUNDAMENTOSDE FUNDICIN

EN ARENA




1.1 INTRODUCCIN A LA FUNDICIN.

La obtencin de piezas metlicas a travs del vaciado de metal fundido en unmolde, se le conoce como proceso de fundicin. En base al metal fundido, lasfundiciones se clasifican como sigue:

a) Fundiciones de Hierro.

Hierro Gris.- Hierro con alto contenido de carbn.Hierro Blanco.- Hierro con medio contenido de carbn.Hierro Dctil.- Hierro con grafito esferoidal.Aleaciones de hierro gris.- Hierro ms elementos aleados.Hierro Maleable.- Hierro blanco recocido con grafito en forma nodular.

b) Fundicin de Acero

Acero al carbn.- Aleaciones de hierro con cantidades bajas de carbn.Aceros aleados.- Aceros con algunos elementos de aleacin especiales.

c) Fundicin de metales no ferrosos.

Bronce y Latn.- Aleaciones con metal base el cobre ms otros elementos dealeacin.Aluminio y aleaciones.- Aleaciones con metal base el aluminio ms otroselementos de aleacin.Magnesio y aleaciones.- Aleaciones con metal base el magnesio ms otroselementos de aleacin.

Por el mtodo de moldeo empleado, las fundiciones se clasifican en:

a) Fundicin a la arena (Sand casting)

Proceso de moldeo cuyo principal componente es arena slica, que seutiliza para hacer el molde; el metal vaciado en el molde de arena una vezque solidifica, se obtiene las piezas fundidas.

b) Fundicin en molde permanente (Permanent mold casting)

Los moldes permanentes son de acero o fundidos en hierro y son usadaspara recibir el metal fundido.




c) Fundicin a Presin (Die casting)

El metal fundido es vaciado bajo presin en un molde metlico.

d) Fundicin por revestimiento (Investment casting)

Proceso a veces conocido como a la cera perdida o fundicin de precisin,en el cual, se utiliza un modelo desechable de cera, plstico o mercuriocongelado, revestido de material refractario, cuando el metal se vaca sobreel modelo, se expulsa o volatiza.

e) Proceso de molde lleno (Full mold process)

Tcnica de moldeo donde se utiliza un modelo de polietileno que se moldeaen arena y sin extraerlo se vaca el metal fundido y se va gasificando encuanto hace contacto el metal.

f) Fundicin centrifuga (Centrifugal casting)

El metal se vaca en un molde de arena o metlico el cual gira sobre su ejevertical u horizontal.

DEPARTAMENTOS DE UNA PLANTA DE FUNDICIN.

Seccin de moldeo.- Es la seccin donde se realiza la fabricacin de los moldes,los cuales pueden ser fabricados segn la necesidad, como sigue:

Arena en Verde Arena Seca Moldes con Pintura Moldes en Cscara (shell)

A su vez el moldeo se puede realizar en piso, en banco o con mquina de moldeo.La fabricacin de corazones o formas de arena insertadas para el moldeo decavidades internas de la pieza tambin se realizan en la seccin de moldeo. Loscorazones pueden ser preparados con arena aglutinadas con aceite, arenaaglutinada con silicato, o arena aglutinada con resinas termofraguantes.

Algunos corazones requieren ser cocidos y almacenados, para hacer usados enperiodos de tiempo relativamente cortos.




Seccin de Fusin.- Para la fusin de metales se utilizan, diferentes tipos dehornos como son:

El horno de cubilote para hierros y aleaciones de hierro. Hornos elctricos para la produccin de aceros. Hornos de Crisol para la produccin de metales no ferrosos. Hornos de Aire o reverbdero para producir aceros.

Seccin de Limpieza.- es donde se eliminan las alimentaciones y mazarotas de laspiezas para despus remover la arena de la superficie con diferentes mtodos, yasea en forma manual o por golpeteo o por chorro abrasivo.

Departamento de Control de Calidad.- es el responsable de verificar lacomposicin qumica del metal, as como controlar que las propiedades fsicassean mantenidas dentro de lmites estndar. Se comprueban tambin lasdimensiones de la pieza fundida, as sus acabados.

Se inspecciona que las piezas se encuentren libres de defectos y en su casorealizar inspecciones por tcnicas no destructivas, a fin de garantizar la calidad dela pieza.

1.2 HIERROS COLADOS

Los hierros colados fundiciones los podemos obtener en hornos elctricos hornosde cubilote, partiendo del arrabio (slido) obtenido en un alto horno, chatarra slidade acero, ferroaleaciones (FeSi, FeMn, etc.), retorno de piezas y coladas.

Los hierros colados, son aleaciones de hierro y carbono y silicio, manganeso,fsforo, azufre, etc. y su contenido de carbono es de 2 a 4.5 %, adquiriendo su formadefinitiva directamente por colada, no siendo nunca los hierros sometidos a procesosde formacin plstica ni en fro ni en caliente. En general no son dctiles nimaleables y no pueden forjarse ni laminarse.




1.2.1 CLASIFICACIN DE LOS HIERROS COLADOS

El mejor mtodo para clasificar el hierro es de acuerdo con su estructurametalografca. Las variables a considerar que dan lugar a los diferentes tipos dehierro son: El contenido de carbono, el contenido de aleacin y de impurezas, larapidez de enfriamiento durante o despus de la solidificacin y el tratamientotrmico despus de fundirse. Estas variables controlan la condicin del carbono ytambin su forma fsica. El carbono puede estar combinado en forma de carburo dehierro en la cementita, o existir como carbono sin combinar (o libre) en forma degrafito.

La forma y distribucin de las partculas de carbono sin combinar influirgrandemente en las propiedades fsicas del hierro.

Los hierros se pueden clasificar como siguen:

Hierro blanco

Es aquel en la cual el carbono se encuentra combinado con el hierro, formando elcarburo de hierro (Fe3C), llamado cementita, siendo esta cementita muy dura peromuy frgil.

Composicin qumica.

Carbono 1.80 a 3.20%Silicio 0.50 a 1.90%Manganeso 0.25 a 0.80%Azufre 0.06% mx.Fsforo 0.06% mx.




La fundicin blanca o hierro, como consecuencia de la presencia de cementita,posee alta dureza, es frgil y prcticamente no se somete a la elaboracin por corte.Por eso, este hierro tiene una aplicacin muy limitada.

Figura 1. Micro estructura de un hierro blanco fundido:

a). Las reas oscuras son dendritas primarias de austenita transformada (perlita) en una red blancainterdendrita de cementita, 20X

b). La misma muestra a 250X, que muestra perlita (oscura) y cementita (blanca). Atacada con Nital al2%.

Hierro maleable.

Es aquel en la cual se obtiene a partir de un hierro blanco por medio de untratamiento trmico (recocido), obtenindose una estructura de ndulo irregular. Lapresencia del carburo de hierro (cementita) es realmente una fase metaestable. Hayuna tendencia a que la cementita se descomponga el hierro y carbono, pero encondiciones normales tiende a persistir indefinidamente en su forma original.

Hasta este punto, la cementita se ha tratado como una fase estable; sin embargo,esta tendencia a formar carbono sin combinar es la base para manufacturar hierromaleable.

La reaccin Fe3C 3Fe + C es favorecida por altas temperaturas, la existencia deimpurezas slidas no metlicas, mayores contenidos de carbono y la presencia deelementos que ayudan a descompones al Fe3 - C.




Los hierros blancos adecuados para la conversin a hierro maleable pueden sercomo sigue:

Fundicin blanca Europea. Fundicin blanca Americana.

Carbono 2.50 a 3.0% Carbono 2.00 a 2.75%Silicio 0.50 a 1.25% Silicio 0.50 a 1.20%Manganeso 0.40 a 0.60% Manganeso 0.40 a 0.60%Azufre 0.06% mx. Azufre 0.06% mx.Fsforo 0.06% mx. Fsforo 0.06% mx.

En la primera etapa de recocido, el hierro blanco se calienta lentamente a unatemperatura de 1650 a 1750C. Durante el calentamiento, la perlita se convierteaustenita en la lnea inferior crtica. La austenita as formada disuelve algunacementita adicional conforme se calienta a la temperatura de recocido.

Figura No. 2. Cambio de micro estructurascomo fundicin del ciclo de maleabilizacin que

origina carbono revenido en una matriz ferrtica.




Figura 3.a). Hierro maleable, sin estar atacado qumicamente. Los ndulos irregulares de grafito se llamancarbono revenido (100 X).

b). Hierro ferrific maleable, carbn revenido (negro) en una matriz ferrtica. Atacadoqumicamente en nital al 5%, 100X

Hierro gris

Es uno de los materiales ferrosos ms empleados, su nombre se debe a laapariencia de sus superficies al romperse. Esta aleacin ferrosa contiene engeneral ms de 2% de carbono y ms de 1% de silicio, adems de manganeso,fsforo y azufre. Una caracterstica distintiva del hierro gris es que el carbono seencuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas comohojuelas, este grafito es el que da la tpica coloracin gris a las superficies deruptura de las piezas elaboradas con este material.

Estas aleaciones solidifican formando primero austenita primaria. La aparienciainicial de carbono combinado est en la cementita que resulta de la reaccineutctica a 2065F.




El proceso de grafitizacin es ayudado por el alto contenido de carbono, la altatemperatura y la adecuada cantidad de elementos de grafitizacin, sobre todo elsilicio, ver figura 4.

Durante el enfriamiento continuado, hay precipitaciones adicionales de carbonodebido al decremento en solubilidad de carbono en austenita, el cual se precipitacomo grafito o como cementita proeutectoide que grafitiza rpidamente. La figura9, nos muestra una microestructura de hierro fundido gris con matriz.

NOTA: En este proyecto utilizaremos las aleaciones de hierro gris, a continuacinmencionaremos sus propiedades por las cuales utilizamos este material.

1.2.2 PROPIEDADES DEL HIERRO GRIS

La mayora de estos hierros grises son aleaciones hipoeutcticas que contienenaproximadamente la siguiente composicin:

Carbono 2.30 a 3.40%Silicio 2.00 a 2.20%Manganeso 0.60 a 0.65%Azufre 0.06% mx.Fsforo 0.60% mx.

Figura 4. Hojuelas de grafito en una matriz en un hierro gris. Sin atacar a 100X




El empleo de los hierros colados en piezas para sus usos muy diversos, ofrecen lassiguientes ventajas:

1. La piezas de hierro colado son en general mas baratas que las de acero (es elmaterial que ms se utiliza en los talleres y fabricas de maquinaria, motores,etc.) y su fabricacin es tambin mas sencilla por emplearse instalacionesmenos costosas y realizarse la fusin a temperaturas relativamente pocoelevadas y ms bajas que las que corresponden al acero.

2. Los hierros colados son en general mucho ms fciles de mecanizar que losaceros.

3. Se pueden fabricar con relativa facilidad piezas de grandes dimensiones ytambin piezas pequeas y complicadas, que se pueden obtener con granprecisin de formas y medidas, siendo adems en ellas mucho menos frecuentela aparicin de zonas porosas que en las piezas fabricadas con acero.

4. Para numerosos elementos de motores, maquinaria, etc., son suficientes lascaractersticas mecnicas que poseen los hierros. Su resistencia a lacompresin es muy elevada (50 a 100 kg/mm2) y su resistencia a la tensin(puede variar de 12 a 90 kg/mm2) es tambin aceptable para muchasaplicaciones. Tienen buena resistencia al desgaste y absorben muy bien (muchomejor que el acero), las vibraciones de maquinas, motores, etc., a que a vecesestn sometidas.

5. Su fabricacin exige menos precauciones que la del acero y, sin necesidad deconocimientos tcnicos muy especiales, se llegan a obtener hierros concaractersticas muy aceptables para numerosas aplicaciones.

6. Como las temperaturas de fusin de los hierros son, como se ha dicho antes,bastante bajas, se pueden sobrepasar con bastante facilidad, por lo que engeneral suele ser bastante fcil conseguir que los hierros en estado lquidotengan fluidez, y con ello se facilita la fabricacin de piezas de poco espesor. Enla solidificacin presentan menos contraccin que los aceros y adems sufabricacin no exige como la de los aceros, el empleo de refractariosrelativamente especiales de precio elevado.




1.2.3 EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIN

Manganeso.

El manganeso es un estabilizador de carburos que tiende a incrementar la cantidadde carbono combinado, pero es mucho menos potente que el azufre. Si elmanganeso est presente en la cantidad correcta para formar sulfuro demanganeso, su efecto ser reducir la proporcin de carbono combinado eliminandoel efecto del azufre.

El exceso de manganeso tiene poco efecto en la solidificacin y slo retardadbilmente la grafitizacin primaria; sin embargo, sobre la grafitizacin eutectoide, elmanganeso es un fuerte estabilizador de carburo. El manganeso afina el grano,aumenta la maquinabilidad, su resistencia mecnica y su resistencia a la corrosinde lcalis.

Fsforo.

Casi en todos los hierros grises el contenido de fsforo es de 0.10 a 0.90% y esoriginario del mineral de hierro. La mayor parte del fsforo se combina con el hierropara formar fosfuro de hierro (Fe P), el cual constituye un eutctico ternario con lacementita y la austenita (perlita a temperatura ambiente). El eutctico primario seconoce como esteadita y es una caracterstica normal en la microestructura de loshierros fundidos. Esta esteadita es relativamente frgil y con alto contenido defsforo, en tanto que las reas de esteadita tienden a formar una red continua,delineando las dendritas primarias de austenita.

La condicin reduce la tenacidad y hace frgil al hierro fundido, de manera que elcontenido de fsforo debe controlarse cuidadosamente para obtener propiedadesmecnicas ptimas.El proceso de grafitizacin y la micro estructura de la fundicin,se puede determinar por dos factores fundamentales:

1. La velocidad de enfriamiento de la fundicin.2. Composicin qumica (sobre todo el silicio).

Azufre.

Regularmente los hierros grises comerciales contienen contenidos de azufre entre0.06 a 0.12%. El efecto del azufre sobre la forma de carbono es el contrario que eldel silicio. A mayor contenido de azufre, mayor ser la cantidad de carbonocombinado, teniendo de esta manera a producir un hierro blanco duro y frgil.




Aparte de producir carbn combinado, el azufre tiende a reaccionar con el hierropara formar sulfuro de hierro (FeS). Este compuesto de baja fusin presentadelgadas capas interdendrticas y aumenta la posibilidad de que haya fisuras a altastemperaturas (fragilidad al rojo). El azufre en grandes cantidades tiende a reducir lafluidez y suele causar cavidades (aire atrapado) en las piezas fundidas.

Silicio.

Baja su punto de fusin, afina el grano, aumenta su resistencia mecnica, a lacorrosin, el calor, su plasticidad y proporcin de carbono en estado libre.

NOTA.

El silicio desempea distintos propsitos adems: Parte del silicio es agregadodurante la carga en el horno, actuando como desoxidante, pero lo ms importantedel silicio es que hace una gran reaccin del grafito, para limitar las posibilidades deendurecimiento y cristalizacin de las superficies del hierro chilled (enfriado ytemplado superficialmente).

1.3 TIPOS DE ARENA

ARENA. Es un material granular, resultante de la desintegracin de las rocas; eltrmino se refiere al tamao del grano y no a la composicin mineral. El dimetro delos granos puede variar entre 0.05 a 2.0 mm (6a 270 mallas). La mayora de lasarenas de fundicin se componen bsicamente de cuarzo y slice. Las arenasutilizadas en el moldeo en verde se pueden clasificar de la siguiente en:

Arenas naturales.

Es la obtenida directamente de depsitos naturales debido a la alteracin de rocasfeldespticas caracterizadas por la materia arcillosa que envuelve a los granos dearena. Las arenas naturales normalmente contienen altos porcentajes de arcilla entre5 a 20% que no es refractaria.

Tambin se caracterizan por las grandes cantidades de finos que aumentan con suuso en la fundicin, lo que provoca un aumento en la cantidad de agua para supreparacin, disminuyendo la permeabilidad y punto de fusin de la arena.




Una arena natural puede contener cantidades variables de otras tantas impurezas.Las sustancias o materiales que contienen principalmente son:

Carbonatos de calcio y/o magnesio.Oxido de fierro.Mica.Sales de sodio y potasio.

Arenas sintticas.

Las arenas sintticas son aquellas que para propsitos de fundicin se mezclanenriquecindolas con diferentes aditivos y/o aglutinantes especiales, con los que seles imparten mejores propiedades de plasticidad, moldeabilidad y resistencia a latemperatura, ya que por naturaleza se encuentran libres de arcilla y de materiasorgnicas.

Una de las ventajas de estas arenas sintticas con respecto a las arenas naturaleses que son ms econmicas, presentan mayor uniformidad en el tamao ydistribucin del grano, por lo cual pueden controlarse ms eficientemente. Tambintienen una mayor permeabilidad en los moldes los moldes pueden apisonarse msfuertemente, reduciendo el problema de arrastre de arena, fracturas y otros defectosasociados con los aprietes flojos, as como el poder de obtener piezas dentro demrgenes ms estrechos de exactitud en lo que respecta a dimensiones del modelo.

Las arenas sintticas tienen ms alta refractariedad, por lo cual se obtienen piezasms limpias y permite elevar a altas temperaturas el metal para el vaciado de piezascon espesores pequeos. Las arenas sintticas son ms durables y econmicas,porque para reacondicionarse el sistema se requiere adiciones bajas de aglutinantes,siendo posible un control ms estrecho y disminuyendo as la posibilidad de rechazaruna pieza. As mismo, para clasificar las arenas se consideran varios factores. Unaprimera clasificacin puede basarse en su contenido de arcilla y en el se distinguencuatro grupos:

1. Arenas arcillosas o tierras grasas, cuyo contenido de arcillas es superior al 18%.2. Arenas semigrasas, cuyo contenido de arcilla va del 8 a 18%.3. Arenas magras, cuyo contenido de arcilla va del 5 al 8%.4. Arenas silceas o sintticas, cuyo contenido de arcilla es inferior al 5%.




Una segunda clasificacin puede hacerse segn la forma del grano; Ver siguientesfiguras:

1. Arena de grano esferoidal o redondo.2. Arena de grano angular.3. Arena de grano compuesto.

PROPIEDADES DE LS ARENAS.

Las propiedades de las arenas pueden clasificarse en dos tipos: La primera de ellas,considera los caracteres estructurales de las arenas y la segunda, las propiedadestcnicas de las mismas.

Entonces podemos decir:

1. PROPIEDADES ESTRUCTURALES.

- Anlisis qumicos.- Contenido arcilloso.- Dimensin de los granos y su distribucin- Forma de los granos.

2. PROPIEDADES TECNICAS.

- Refractariedad- Cohesin o resistencia- Permeabilidad- Fluidez- Moldeabilidad




1.4 MOLDEO DE ARENA EN VERDE

Se denomina moldeo en verde cuando el estado de la arena en el molde contieneuna hmeda relativa en toda su masa.

Las ventajas de este moldeo son:

- Es un procedimiento sencillo.- Se obtiene un enfriamiento rpido de la pieza.- La impresin de la cavidad se obtiene con relativa precisin.

Los problemas comunes son:

- La poca resistencia del molde- No tiene resistencia en la erosin.- Existe un templado superficial en las piezas (perjudicial para el maquinado)- Requiere de mano de obra calificada.

MOLDEO EN VERDE CON SECADO SUPERFICIAL

Es la operacin del moldeo en verde pero adems se realiza un secado en lascaras de contacto a fuego directo.

Las ventajas de este moldeo son:

- Vaciar piezas mas pesadas, debido a un aumento en la resistencia delmolde.

- Se evita el templado superficial en buena medida.- Se mejora el acabado superficial.

MOLDEO EN VERDE Y SECADO COMPLETO.

El secado completo de un molde en verde se logra haciendo pasar el molde enhornos de secado en tiempos preestablecidos.

Las ventajas son:

- Se obtiene la mayor resistencia del molde.- La calidad de gases a evacuar es mnima.- No hay templado superficial en las piezas y se facilita el maquinado.- Se obtiene un buen acabado superficial.




Sus desventajas son.

- Es un procedimiento lento.- Se eleva el costo de fabricacin.- Debido a su alta resistencia, impide la libre contraccin del material.

En general resulta ser ms econmico utilizar el tipo de arena en verde ya que norequiere del uso de una estufa de secado que consumir gas o energa elctrica eimplicar ms horas de proceso, por lo cul resulta propicio para la produccin degrandes lotes de moldes; pero no todo tipo de pieza podr ser producida bajo estesistema, principalmente para aquellas de gran peso, pues puede causar una seriede defectos que podran originar el rechazo de la pieza.Cabe mencionar que no toda la arena que integra el molde requerir de uncuidado o control estricto, por lo cul se tiene otra clasificacin segn suclasificacin en el moldeo:

Arenas de cara o de careo.Arenas de relleno.Arenas para corazones.

1.5 AGLUTINANTES

Un aglutinante se define como un material que tiene la propiedad de unir losgranos de arena para proporcionarles resistencia.

Las arenas sintticas solas no podran utilizarse para propsitos de moldeado, porlo que las arenas de fundicin son en verdad mezcladas de tres o msingredientes bsicos que proporcionan las propiedades de resistencia y plasticidadque requiere para ser moldeables; adems se le agregan otros materiales paraimpartirles propiedades adicionales de que carece la arena sola, necesarias parael buen comportamiento en su utilizacin.Los aglutinantes utilizados en las mezclas para corazones, son similares en losutilizados en las mezclas para moldeo. A continuacin se exponen los msimportantes tipos de aglutinantes utilizados en la fundicin.

Bentonita sdica.

Es un aglomerante inorgnico cuya finalidad es, fundamentalmente, ligar o unir laarena del sistema en verde, para elevar la resistencia a la compresin en verde, enseco y en caliente; para prevenir la erosin y el corte y para permitir la expansin dela arena slica.




Esta constituida principalmente de minerales mormorillonticos. Los efectos sobre laspropiedades mecnicas son:

- Resistencia a la compresin en verde Aumenta.- Resistencia a la compresin en seco Aumenta.- Resistencia a la compresin en caliente Aumenta.

Anlisis qumico tpico.

SiO2 60-62%Al2O3 21-23%Fe2O3 3.4%Na2O 2.5-2.7%MgO 0.5-1.5%K O2 0.4-0.45%H2O contenido (en la mezcla) 5.0-9.0%

Bentonita clcica.

Es un aglomerante mineral que se utiliza fundamentalmente para unir ligar la arenadel sistema, para elevar la resistencia a la compresin en verde y moderadamenteen seco y en caliente. Proporciona alta resistencia en verde y baja en seco y encaliente; promueve mejor la fluidez que la bentonita sdica.

Y tiene los siguientes efectos:

- Resistencia a la compresin en verde Aumenta- Resistencia a la compresin en seco Aumenta- Resistencia a la compresin en caliente Aumenta

Analisis qumico tpico.

SiO2 56.0-59.0%Al2O3 18.0-21.0

Fe2O3 5.4-9.1%MgO 3.0-3.3%CaO 1.2-3.5%Na2 O 0.34-4.6%H2 O contenida (en la mezcla) 5.0-8.0%




Dextrina.

Es una goma de carbohidratos soluble y que sirve como aglomerado, en seco, decompuestos para fundicin y cuya finalidad es la de reducir la fragilidad y eldesmoronamiento en mezclas de arena para moldeo. Aumenta la resistencia a lacompresin en verde, mejora la dureza superficial. Tiene efecto sobre:

Resistencia a la compresin en seco AumentaResistencia a la compresin en caliente No cambiaResistencia a la compresin en verde No varaResistencia al corte en seco Aumenta

OBSERVACIONES.

- Disminuye la fluidez de la arena si se usa en exceso.- Disminuye el castrado (formacin de costras).- Aumenta la tersura del material.- Origina en la arena que sta se una ms.- Se usa de 0.12 a 1.5% en peso.- Reduce el secado fuera del molde.- Cuida el ablandamiento por humedad atmosfrica.- El total de gases producidos es variable.- La dextrina soluble emigra hacia el exterior de la orilla del material, produciendouna alta dureza sobre la superficie de la arena.- Endurece dentro de sacos si se almacena en un lugar hmedo.

Anlisis qumico tpico.

Humedad 3.6%Agua soluble 98.0%Azcar reducida (como dextrosa) 4.0%




Harina de maz.

Es un cereal ligado altamente gelatinoso, que es producto de un proceso demolienda de maz en estado seco y que se usa como aditivo para moldeo de arenaen verde y mezclas de careo Disminuye el abollamiento, la cola de rata (grieta), lascostras y la erosin. Aumenta la deformacin en verde, y tiene efecto:

Resistencia a la compresin en verde AumentaResistencia a la compresin en seco Aumenta

Resistencia a la compresin en caliente Aumenta arriba de 260C ydisminuye a 1371 - 1403C.

OBSERVACIONES.

- Aumenta la deformacin en verde en un 0 a 2%, sin cambio en la resistencia enverde.

- Disminuye la rebaba y las costras.- Aumenta la demanda de gases, se usa de 0.4 a 1.3% en peso en arenas de careo.- Aumenta la tenacidad y la plasticidad. De secado rpido en horno, alta

absorcin a la humedad.- Aumenta el pandeo y las propiedades en general de las mezclas en corazones.- Aumenta el desmoronamiento.- Reduce el porcentaje de secado en ausencia de arcilla refractaria y bentonita en las

ligas con arena.

Anlisis qumico tpico:

Humedad 4.0 a 9.0%Ceniza 0.3 a 0.5%Agua soluble 10.0 a 27.5%Dextrina 18.0 a 24.0%




CAPITULOII

MODELOSDE

FUNDICIN




2.1 MODELOS PARA FUNDICIN

Los modelos son herramientas principales de la que se valen los fundidores parahacer las piezas coladas. Aun cuando se desee hacer una sola pieza, sernecesario contar con un modelo al cual en la generalidad de las veces ser tilpara fabricar una mayor cantidad de piezas. El contar con un modelo apropiado seconvierte por lo anterior, en la primera etapa de la elaboracin de piezas coladas.

Puede definirse un modelo como una replica de la pieza que se desea obtener. Aldiseador hay que tener en cuenta la disminucin de las dimensiones ocasionadaspor la contraccin de la pieza al enfriarse, la rugosidad de las superficies por lacalidad de la arena y los alojamientos para los corazones. Los pesos de losmodelos pueden variar entre unos granos y 50 60 ton. De ah que los tamaosde los modelos son muy variados.

Figura No. 5

Figuro No. 6




2.2 MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIN DEMODELOS

El nmero de piezas a realizarse con un modelo determinar el criterio deseleccin del material del mismo, que puede ser madera, metal, poli estireno,plstico, resina epxica, cera o bien mercurio congelado.Sin duda que la vida til del modelo y su precisin son factores que influyentambin para la seleccin del material.Para moldear 10 veces o ms, con un mismo modelo conviene hacerlo metlico(de aluminio o aleaciones de aluminio) que resisten mas el desgaste. Puedefabricarse tambin de bronce o de hierro gris ya que a veces el desgaste esexcesivo cuando se tienen que calentar, como en el caso del modelo en cscara.

Maderas:

Se tienen dos tipos de maderas:

Duras: Maple, Encino y bano Blandas: Pino blanco, cedro, caoba y abeto

La utilizacin de cada uno de estos tipos de maderas esta en funcin de lacantidad de piezas que se fabricarn con el modelo. Las maderas duras tienenuna magnfica resistencia a la abrasin, sin embargo como inconvenientes setienen su fragilidad y la dificultad para ser trabajadas. Toda madera que se empleepara la fabricacin de modelos, deber estar perfectamente sazonada o estofada yalmacenarse para impedir la reabsorcin de agua.

Es extremadamente importante mantener la humedad en la madera, es un valorbajo y constante para impedir el alabeo, el hinchamiento y las costosasreparaciones que tengan que hacerse a los modelos, durante su uso y an antes,en lo que toca a correccin dimensional. Los modelos sueltos son generalmentede construccin de madera. Las placas modelo se construyen en ocasiones demodelos de madera, montados en una placa metlica o en otras completamentede madera, aun cuando lo mas recomendable es hacerlas completamente demetal. Los modelos maestros si son hechos generalmente de madera.




Metales

Los metales ms usuales en la fabricacin de modelos son: Hierro colado, bronce,aluminio y magnesio; en ocasiones se utilizan tambin aleaciones plomo-bismuto.Considerndose el sistema de moldeo en verde, a mquina y dependiendo deltipo de aleacin en el metal, se tienen las siguientes cantidades prcticas delnmero de moldes que pueden hacerse a partir de modelos de diferentes metales,sin que estos sufran deformaciones que excedan del 0.010 pulg.

Hierro colado 90,000 a 140,000 moldesBronce 70,000 a 120,000 moldesAluminio 40,000 a 110,000 moldesMagnesio 50,000 a 70,000 moldesCompuestos ms de 110,000 moldes

Considerando las cifras antes mencionadas, se recomienda la utilizacin del hierrocolado por su resistencia a la abrasin, a la deformacin y alojamiento. Por lo querespecta al aluminio, existe una variedad grande de aleaciones de este metal quepuedan utilizarse para fabricar modelos que son el duraluminio, alto silicio, etc.

Plsticos

Los ms usuales en la fabricacin de modelos son las resinas epxicas y la resinapolister reforzada con fibra de vidrio. Otros son los plsticos acrlicos, elpolietileno, el estireno, el acetato. La resistencia a los agentes qumicos, sumoldeabilidad y propiedades a la abrasin hacen de la fibra de vidrio y de lasresinas epxicas un material muy adecuado para la fabricacin de modelos.Algunos modelos hechos con esta resinas resisten hasta 40,000 moldeadas sinpresentar alteraciones dimensinales.

Otros

Se tienen materiales como la cera, el yeso, el concreto refractario, el barro y elms moderno la espuma plstica. El uso de cada uno de estos materiales esbastante especficos y depende del tipo, tamao y de la cantidad de piezas porhacerse.




2.3 TIPOS DE MODELOS

Existen varios tipos de modelos los cuales se utilizan, dependiendo de losrequerimientos en cuanto al tipo, tamao y peso de la pieza a fabricar, el volumen deproduccin, la fundicin y las facilidades de fabricacin:

Modelos sueltos. Modelos sueltos con sistema de colada incorporada. Modelos placa modelo. Modelos especiales Modelo con caja de corazones.

MODELOS SUELTOS.

Pueden considerarse a este tipo de modelos con acoplamiento simple de laspiezas a fabricarse en las cuales se han incorporado las tolerancias y las plantillasde los corazones. Cuando se utilizan este tipo de modelos la lnea de particin delmolde debe hacerse a mano. El sistema de coladas y alimentacin tambin se hacea mano y finalmente la separacin de modelo y molde se efecta tambinmanualmente teniendo necesidad de aflojar previamente el modelo para podersepararlo del molde, consecuentemente en ese momento se tiene una variacindimensional. An cuando la utilizacin de este tipo de modelo es cosa comn ennuestro medio, en la mayora de los casos podra eliminarse su utilizacin, ya que laproduccin de moldes que se obtiene es baja y costosa. Ver figura 7.

Fig. 7




MODELOS SUELTOS CON SISTEMA DE COLADA INCORPORADO.

Son una mejora de los modelos simples, ya que siendo el sistema de colada partedel modelo, elimina la necesidad del trabajo a mano para hacer dicho sistema. Coneste tipo de modelos se obtiene una ms rpida elaboracin de moldes parapequeas cantidades de piezas. Ver figura 8.

Fig. 8

CONSIDERACIONES SOBRE LOS TIPOS DE MODELOS 1 Y 2.

En piezas coladas de forma sencilla tales como bloques tales como bloquesrectangulares, cilndricos para bujes, etc., es posible tener modelos con una

Superficie plana en la parte superior y por lo tanto con una lnea recta de particinen la junta entre las partes superior e inferior del molde.

Las peculiaridad de diseo de algunas piezas hacen imposible tener unasuperficie de particin plana y as los modelos que se utilizan para hacer losmoldes requieren la utilizacin de tarimas o camas especiales de madera,aluminio o de arena.

Cuando se requiere hacer una cantidad considerable de piezas con modelos delnea de particin irregular, es ventajoso tener el modelo hecho en dos partes,partiendo en una superficie plana para facilitar el moldeo.




La parte superior y la inferior se unen exactamente con pernos ya sea de madera ode metal. Un modelo del tipo mencionado, requiere ms tiempo y ms dinero para sufabricacin, pero el costo adicional se justifica por el ahorro obtenido en el tiempo deelaboracin de los modelos.

MODELOS PLACA MODELO

La produccin de cantidades grandes de piezas pequeas, requiere el uso de estetipo de modelos. En estos la parte superior y la parte inferior del modelo estnmontadas en los lados opuestos de una placa de metal o de madera que siguen lalnea de particin. Las placas modelo tambin se hacen de una sola pieza, casoen el cual tanto la placa como los modelos se hacen colados en moldes de arenao de yeso, en este caso se llaman placas modelo integrales. El sistema de coladageneralmente va incorporado en la misma placa. Placa modelo generalmente seutilizan en mquinas de moldeo para obtener mxima velocidad de fabricacin ancuando en ocasiones son susceptibles de ser utilizados en bancos de moldeo conpizonetas manuales.

El costo de fabricacin de estas placas modelo de justifica por el aumento en laproduccin y la obtencin de mayor exactitud dimensionalmente en las piezascoladas. Una importante limitacin en la utilizacin de este sistema es el peso delmolde que puede ser manejado por el moldeador, que oscila entre 40 a 50 kg, verfigura 9 y 10:

Fig. 9




Fig. 10

PLACAS SUPERIOR E INFERIOR

Consisten en modelos de la parte superior e inferior de la pieza montados endiferentes piezas. As las mitades inferior y superior de los moldes pueden serelaboradas al mismo tiempo por diferentes trabajadores y/o en diferentes mquinas.El moldeo de piezas coladas medianas o grandes con la utilizacin de mquinas demoldeo se facilita bastante con este tipo de equipo de modelos.La fabricacin de placas modelo separadas superior e inferior es la ms costosa,pero usualmente se justifica por el aumento considerable de produccin y la facilidadde fabricacin de piezas grandes que no pueden manejarse con el equipo de placasmodelo. Figura 11




La fabricacin de moldes mediante el uso de placas separadas requiere unalineamiento exacto de las dos mitades por medio de guas, bujes y pernos delocalizacin para asegurarse de obtenerse piezas no variadas.

MODELOS ESPECIALES

Cuando los tipos de modelos mencionados anteriormente, no son aplicables existe lanecesidad de recurrir a modelos especiales.

a). Para piezas muy grandes se utilizan los modelos esqueleto o linternas. Este tipose usa para moldes grandes hechos manualmente en su mayora.

b). Otro tipo especial de modelos son las tarrajas las cuales se utilizan para fabricarmoldes de piezas simtricas.

c). Modelos maestros. Son modelos generalmente hechos de madera, los cuales sonutilizados para hacer los modelos para alta produccin. Se pueden colar variosmodelos para produccin hechos con el modelo maestro y montar esos modelosen las placas correspondientes despus de haberlos acabado a sus dimensionesapropiadas. En la manufactura de un modelo maestro deben incorporarse ciertastolerancias tales como la conocida doble contraccin.

Figura 11. Placa modelo de aluminio para altas producciones.




CAJAS DE CORAZONES

An cuando en ocasiones no se les clasifique como modelos, las cajas de coraznson una parte esencial del equipo de modelos para elaborar una pieza que requieracorazones. Las cajas de corazones se construyen de madera y de metal (hierro gris).El plstico no tiene mucha aplicacin, la caja mas sencilla se muestra en la figura,hecha de una sola pieza y el corazn de elaboracin sencilla. Figura. 11 y 12.

Fig. 11

Figura 12. Caja modelo sencillo de madera de dos piezas.




Suelen hacerse cajas de corazones mltiples para alta produccin y cajascomplicadas con paredes mviles para corazones difciles. Los corazones que notienen ninguna superficie plana requieren equipo especial para su manufactura talcomo los secadores que son placas usualmente metlicas que siguen laconformacin del corazn y lo soportan para poder sacarlo de la caja de corazones yposteriormente someterlo al proceso de endurecimiento por coccin o curado, y asevitar su deformacin.

2.4 FABRICACIN DE CORAZONES

El corazn o macho es toda aquella porcin del molde preparada por separado y queel objeto de crear un hueco al insertarse en el molde.

El corazn es una seccin costosa del molde, ya que hay que utilizar siempre unanueva arena para controlar mejor sus propiedades, tales como: resistencia al choquecon el metal al ser vertido en el molde, resistencia a la abrasin, permeabilidadcolapsibilidad o desmoronado, resistencia a las altas temperaturas (refractariedad) yelasticidad (para permitir la libre contraccin de metal solidificante). Los corazonesvan colocados en el molde sobre unas plantillas de apoyo, a fin de evitarmovimientos del corazn durante el vaciado del metal lquido al interior del molde.

La fabricacin de los corazones, que puede ser bajo varios procesos, es unaoperacin importante y decisiva para la obtencin de una pieza con las propiedadesy caractersticas deseadas, por lo que debe controlarse muy de cerca suelaboracin.

Para elaborar un corazn existen varias formas, entre las comunes, estn lossiguientes:

a). Utilizando cajas de corazones.

Estas cajas pueden ser de madera, metlica o de plstico, son secciones acoplablespor medio de espigas de unin, en cuya parte hueca se apisona la arena,pudindose utilizar armaduras de refuerzos o varillas para aumentar la rigidez yresistencia del corazn. Para su extraccin de este se quitan las mordazas desujecin de las secciones que componen la caja corazn y por medio de unmecanismo vibratorio a base de ligeras percusiones sobre la caja se origina unaholgura a fin de separar las dos secciones y desmoldar el corazn fabricado,colocando ste sobre una placa de secado.




Estas cajas pueden ser para elaborar un corazn o varios de acuerdo al nmero deimpresiones con que sta cuenta, ver la figura 13:

b). Utilizando mquinas de compresin neumtica o mquinas sopladoras.

Este es un sistema rapidsimo y sirve para grandes producciones de corazones enserie; se emplea arena slica aglomerada, la caja de corazn es generalmentemetlica y cuenta con canales especiales para dar salida al aire. El relleno y lacompresin de la arena se realizan en pocos segundos mediante la inyeccin de laarena por medio de aire comprimido en la caja de corazones, que es apretadaautomticamente por medio de las mordazas accionada neumticamente omecnicamente, por el cabezal soplante y se inyecta la arena.

c). Corazones al aceite (oil core).

Este proceso es el ms comn en las fundiciones pequeas y medianas ya queadems de ajustarse a todo tipo de metal por vaciar requiere poca inversin enequipo pero al mismo tiempo origina el uso de mucha mano de obra. Este procesoimplica el uso de aceites (de linaza o de tipo vegetal) para la preparacin de lamezcla de arena que conformar el corazn.

Figura 13 La figura muestra una caja modelo de madera




Todo corazn fabricado bajo este proceso requerir estufarse a una temperatura de400 a 500C para que la mezcla de arena-aceite frage, de tal forma que adquieralas propiedades deseadas; tal operacin puede llevarse a cabo en una estufaelctrica o de gas. Este tipo de corazones no pueden ser almacenados ms de unasemana ya que requerirn ser secados nuevamente por el hecho de que absorbenhumedad del medio ambiente, por lo que se recomienda sean utilizados lo msrpido posible despus de ser elaborados.

d). Corazones a base de silicato de sodio y bixido carbono (proceso CO2).

Este proceso requiere del silicato de sodio o vidrio salubre. La arena que se utilizapuede ser de cualquier granulometra y la cantidad de silicato de sodio, enporcentaje con respecto al peso de la carga de arena, vara del 2 al 6%. El tiempo demezclado del silicato de sodio y arena es aproximadamente de 5 minutos.

El corazn se obtiene colocando la mezcla de arena y silicato de sodio en la cajacorazn, se apisona y se hacen unos vientos o respiraderos con un alambre o unavarilla, de acuerdo al tamao del corazn para que sea inyectado el bixido decarbono (CO2) y reaccione con el silicato de sodio, para que se endurezca o frageel corazn, mediante la siguiente reaccin:

Na2SiO + H2O + CO ________ NaCO + SiO + H2O

Este tipo de corazn tiene el inconveniente que absorbe an mayor cantidad dehumedad del medio ambiente que los corazones de aceite, implicando hacer uso deellos en forma inmediata ya que de otra forma originarn defectos en la pieza por elcontenido de agua absorbida durante su almacenamiento.

e). Corazones en cscara (Shell-Molding).

Este proceso deriva su nombre del empleo de moldes corazones delgados enforma de cscara concha. Comparando este proceso con los demsprocedimientos, presenta las siguientes ventajas:

- Mxima libertad en la configuracin de piezas.- Gran exactitud con respecto a los dems mtodos de fundicin.- Posibilidad de aplicacin en casi todas las aleaciones tcnicamente en material del

molde y las condiciones en fundicin.- Se suprime la rebaba a lo largo de las juntas de separacin entre moldes.




Figura 14. Diseo de un modelo de fundicin

1. Contrapeso2. Cubeta3. Caja de molde4. Bebedero5. Corazn6. Tobera7. Mazarota




De acuerdo a este principio y analizando 4 cuerpos geomtricos diferentes a unmismo volumen, los tiempos de solidificacin son los mostrados en la tabla.

TIEMPOS DE ENFRIAMIENTO DE DIFERENTES CUERPOS GEOMTRICOS

CUERPO ESFERA CILINDRO CUBO PRISMARECT.VOLUMEN (V) 1000000 1000000 1000000 1000000

REA (A) 48300 55700 60000 70000V/A 20.6 17.9 16.7 14.28

(V/A) 424.3 320.4 278.9 203.9K 0.021 0.021 0.021 0.021TS 8.9 6.72 5.85 4.28

Tabla No. 1 Tiempos de enfriamiento de diferentes cuerpo

2.5 CONSIDERACIONES DEL PROYECTO.

Un buen modelo de fundicin debe cumplir con los siguientes requisitos:

NGULOS DE EXTRACCIN.

Al tener preparado el molde es necesario abrirlo en 2 o ms partes para poderextraer el modelo, para lo cual es necesario que este tenga en todas sus carasnormales a la lnea de particin, una inclinacin que permita su extraccin, sinque el modelo arrastre arena consigo.Para determinar el ngulo de extraccinde los modelos, se recomiendan losvalores que se dan en la tabla. Ver figuras No. 15 y No. 16.

Figura No. 14




Figura No. 15

ALTURA DEL MODELO NGULOS DE SALIDA Y PENDIENTES

De 1 a 10 mm 3De 11 a 20 mm 2De 21 a 35 mm 1De 36 a 65 mm 0 45

De 66 a 150 mm 0 30De 151 a 250 mm 1.5 mmDe 251 a 400 mm 2.5 mmDe 401 a 600 mm 3.5 mmDe 601 a 800 mm 4.5 mm

De 801 a 1000 mm 5.5 mm

Tabla No. 2 ngulos de salida y pendientes




CONTRACCIN METLICA.

Al solidificar los metales o aleaciones se contraen y disminuyen su volumen,este fenmeno origina una reduccin en las medidas de la pieza, por lo cual losmodelos al ser proyectados, deben contener en sus dimensiones el por cientode contraccin del metal o aleacin. Ver figura No. 16

En la tabla se dan algunos valores de contraccin metlica, para aplicarlos alas dimensiones del modelo, en funcin del metal en que ser vaciada la pieza.Ver tabla No. 3

Figura No. 16

Valores de contraccin metlica

Metal % de contraccin

Fundicin gris 0.5 a 1.2Fundicin blanca 1.2 a 2.0Acero moldeado 1.5 a 2.0

Bronce de estao 0.8 a 2.0Bronce rojo 0.8 a 1.6

Latn 0.8 a 1.8Aleaciones de zinc 1.0 a 1.5

Aluminio 0.5 a 1.0Aleaciones de aluminio 1.0 a 2.3

Tabla No. 3 valores de ngulos de contraccin.




SOBRE ESPESORES DE MAQUINADO.

Al proyectar las dimensiones para un modelo tambin se debe tomar en cuentaaquellas superficies que se maquinan, a fin de dar un sobre espesor dematerial para el maquinado. Existen diferentes criterios y normas al respecto,aqu un ejemplo de ello. Norma Francesa NFA 32011 para hierro gris.

Sobre espesor clase L.

Para dimensiones que nos son fundamentales por la funcin misma de lapieza. (Cotas no afectadas de tolerancia en el dibujo de definicin). Tabla No. 4

Tabla 4 sobre espesor de maquinado clase L

La mayor dimensin de la pieza de:1 250 630 1600a a a en

Cotas nominales de referencia

250 630 1600 adelante

De: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 4 4.5 5 716 25 4 4.5 5 725 40 4.5 4.5 5.5 740 63 4.5 5 5.5 7.563 100 5 5 5 8100 160 5.5 5.5 6.5 8160 250 6 6 7 8.5250 400 7 7.5 9.5400 630 7.5 8.5 10.5630 1000 9.5 11.5

1000 1600 11.5 13.51600 2500 15.52500 4000 19

Tabla No. 4 Tabla de sobre espesor de maquinado




Sobre espesor clase A.

Para dimensiones o cotas afectadas de tolerancia de precisin sobre losdibujos de definicin. Para piezas que sern obtenidas utilizando modelos demadera fijos a una placa o modelos sueltos. Ver tabla No. 5

Tabla 5 sobre espesor de maquinado clase A

La mayor dimensin de la pieza de:

0 100 160 250 630 1600a a a a a a

Cotas nominales dereferencia

100 160 250 630 1600 En adelante

Ce: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 2.5 2.5 2.5 4 4.5 5.516 25 3 3 3 4 4.5 5.525 40 3 3 3 4 4.5 640 63 3 3 3 4.5 5 663 100 3.5 3.5 3.5 4.5 5 5

100 160 3.5 3.5 5 5 6.6160 250 4 5 5.5 7250 400 5.5 6 7400 630 6 6.5 8630 1000 7.5 8.5

1000 1600 9 101600 2500 11.52500 4000 13.5

Tabla No. 5 Tabla de sobre espesor de maquinado clase A




Sobre espesor B

Para dimensiones o cotas afectadas de tolerancia de precisin sobre losdibujos de definicin. Para piezas que sern obtenidas utilizando modelosmetlicos o modelos placa. Ver tabla No. 6

Tabla 6 Sobre espesor de maquinado clase B

La mayor dimensin de la pieza de:1 250 630 1600 630a a a en

Cotas nominales dereferencia

250 630 1600 adelanteDe: a inclusive Sobre espesor de maquinado

16 2.5 2.5 2.5 3.5 416 25 2.5 2.5 2.5 3.5 425 40 2.5 2.5 2.5 4 4.540 63 3 3 3 4 4.563 100 3 3 3 4 4.5

100 160 3 3 4.5 5160 250 3.5 4.5 5250 400 5 5.5400 630 5.5 6630 1000 6.5

Tabla No. 6 tabla de sobre espesor de maquinado clase B




FORMAS QUE FACILITEN EL MOLDEO.

Al disear las formas de los modelos se deben prever que el modelo se facilite.Esto en ocasiones implica que la forma del modelo no sea semejante a la piezaque se desea obtener. Ver figura No. 17

Figura No. 17




DIMENSIONES DE LAS PLANTILLA.

Las plantillas son necesarias cuando la pieza es hueca y sirven para formar lacavidad en el molde que servir de apoyo al corazn. Como una orientacin, enpiezas cuya seccin del corazn es cilndrica y se apoya en los extremos, lasdimensiones de las plantillas son: figuras 18. 19, 20.

Figura No. 18

Figura No. 19

Existen otros casos en que el corazn se apoya solamente en un extremo, y eldimensionamiento de la plantilla depende de un clculo matemtico paraobtener en este caso el centro de gravedad de la base de apoyo del corazn.

Figura No. 20




COLORES UTILIZADOS.

Por sus formas algunos modelos resultan complicados de identificarclaramente, por lo cual se pintan sus partes de colores, cada color correspondea una parte o superficie especifica segn la norma que se este utilizando. Vertabla No. 7.

Superficie o parte de lasuperficie

Aceromoldeado

Fundicingris

Fundicinmaleable

Fundicinde metales

pesados

Fundicinde metales

ligerosColor de fondo para

superficie en el modelo y enla caja de machos que

quedan sin maquinar en lapieza fundida

azul rojo gris amarillo Verde

Las superficies a maquinaren la pieza fundida

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Listasamarillas

Asientos de partes sueltasdel modelo (pieza a encajar)en el modelo o en la caja de

machos, as como paratormillos de piezas sueltas

Ribeteado en negro

Sitios para enfriadores ymarcas para colocacin de

clavosrojo azul rojo azul Azul

Asientos de machos oplantillas negro

Medias caas Si en caso especial no se aplican medias caas, se marcan conrayado en negro, indicando el radio.Mazarotas perdidas o

bebederos, sobre espesoresde maquinado por motivos

tcnicos de fundicin

Listas negras y rotulado correspondiente

Nervios o salientes delmodelo

En el color del fondo del modelo o sin pintar, pero con listasnegras

Negro o con marcas negrasCalibres y tolerancias Barniz incoloro

Zonas para rasqueteado azul rojo gris Amarillo verde

Tabla No. 7. Corresponde a la norma alemana DIN 1511




CALCULO DE LAS DIMENSIONES DE UN MODELO.

Para simplificar el calculo de las dimensiones del modelo en las cotas dedefinicin, se debe hacer caso omiso de las tolerancias, y los valorescalculados, pueden redondearse al medio milimtrico, es decir, si la dimensinnecesaria para el modelo es de 27.7 mm, el valor final del modelo puede ser28.00 mm.

Figura No. 21




SISTEMAS DE ALIMENTACIN.

Son muchos los factores que se deben controlar para obtener una buena piezade fundicin, uno de estos factores es debido al recorrido que efecta el metalen el molde y su solidificacin. Para disear un sistema de alimentacincorrecto, se requiere conocer los principios de flujo de fluidos y caractersticasde solidificacin del metal vaciado.

El metal lquido se introduce a la cavidad del molde a travs de un sistema dealimentacin compuesto de cuatro partes principales: el basn, un bebedero,un canal y los ataques. El metal se vaca primeramente en el basn y pasa elbebedero vertical, despus luye a travs del canal (previamente tallado en laarena del molde) y por ultimo pasa por los ataques, para llegar a la cavidad delmolde. Fig. 22.

Figura No. 22

Los metales en estado lquido absorben gases. El lquido erosiona el materialdel molde durante el flujo del metal, y adems sufre el proceso de solidificaciny su contraccin en volumen, razones por la cuales los sistemas dealimentacin deben disearse con el siguiente criterio:

a) El metal debe fluir a travs del sistema de alimentacin con el mnimo deturbulencia para evitar la oxidacin del metal, el atropamiento de aire, laaspiracin de gases en el molde, el eliminar las inclusiones desustancias o erogaciones en el molde, inclusive evitar tambin laformacin de escoria.




b) El metal debe entrar a la cavidad del molde de una manera tal que losgradientes de temperatura sea tanto en el fondo como en la superficiedel molde de tal forma que la solidificacin sea progresiva y en direccinde la mazarota o cargador.

La primera condicin al disear un sistema de alimentacin es la de reducir losefectos en las piezas causadas por inclusiones de escoria, erosiones y gasesatrapados. La segunda condicin es la de evitar los defectos causados por lacontraccin y una alimentacin inadecuada. La tercera condicin es producirpiezas a un costo competitivo con otros procesos de manufactura.

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ALIMENTACIN.

Basn: Los sistemas de alimentacin inician con un basn o recipiente,destinado a recibir el metal lquido de la cuchara de vaciado y deben a su vezmantener el resto del sistema lleno de metal lquido, tambin deber ayudar aretener la escoria e inclusiones antes de que fluya a travs del sistema. Lafigura 2 muestra el corte de un diseo de basn que permite tal funcin.(Figura 23.)

Figura No. 23

Bebedero: El diseo correcto de un bebedero es extremadamente importantepara el futuro de una buena pieza de fundicin. Debe ser cnico en vez derecto, con la menor rea en el fondo a fin de minimizar el efecto de vrtice yevitar el atropamiento de burbujas de aire durante vaciado del metal. El reatransversal de bebedero puede ser circular, fig. 3 (a), aunque tambin enresultados recientes de investigacin recomienda el rea transversalrectangular. Fig. 24.




Pozo (Base del fondo del bebedero): No debe tener aristas ni esquinas, serecomienda la forma circular y el fondo plano para reducir la tendencia a laturbulencia y la aspiracin de aire. La fig. 24 muestra un pozo con estascaractersticas.

Figura No. 24

Canal: Son de seccin rectangular y se deben disear de forma tal que permitadistribuir el metal en forma uniforme a la pieza. Fig. 25 y 26

Figura No. 25




Ataques: Se conocen tambin como entradas y son la ultima parte del sistemade alimentacin y a su vez es la parte del sistema que tiene contacto con lacavidad del molde. Por regla general los ataques son de seccin rectangular ypueden esta arriba del plano de participacin o por debajo. Los ataques oentradas deben estar distribuidos en forma conveniente a la pieza. En la fig. 26se ilustra la posicin de los ataques respecto al plano de participacin.

Figura No. 26

La cantidad del metal que fluye por los ataques o entradas hacia la cavidad dela pieza vara en funcin de la distancia entre ellos, fig. 8 (a), de su orientacinfig. 27 (b), as como de el rea transversal del canal y de los ataques.Figuras. 27 (c y d).

Figura No. 27




2.6 DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS

Los defectos en piezas fundidas son indeseables y en muchas ocasionesdifciles de detectar, inclusive existen defectos internos que slo a travs demtodos de inspeccin especiales se pueden identificar.

El origen del defecto puede ser debido a una causa o a varias de ellas y esmotivo de un anlisis cuidadoso llegar a determinarla.Sin duda que la experiencia del fundidor es necesaria para determinar el origendel defecto y as poner en prctica acciones correctivas a fin de reducir o anularlos defectos en la produccin de piezas fundidas.

CAUSAS QUE ORIGINEN DEFECTOS EN PIEZAS FUNDIDAS.

Las causas que originan los defectos pueden clasificarse principalmente encuatro, a saber:

Causas debidas al equipo utilizado durante el proceso. Causas debidas al cambio de estado lquido del metal al estado slido. Causas debidas al diseo o concepcin de la pieza. Causas debidas a las operaciones realizadas durante el proceso.

Defectos con origen en el equipo utilizado.

Son el resultado de errores en la fabricacin de los modelos y cajas de coraznque se usan para la ejecucin de los modelos de arena y se debenprincipalmente a errores en el clculo de las tolerancias de contraccin delmetal, causando errores de dimensin cuando la pieza solidifica.

La inspeccin de las dimensiones de un modelo o caja de corazn nueva sonen ocasiones difciles de realizar, pero necesarias a fin de evitar este tipo dedefectos.

Tambin es comn que se realicen moldes de arena con cajas de moldeo conpernos de localizacin o agujeros para pernos desgastados, lo cual permite undeslizamiento en las caras en contacto comn de la tapa superior e inferior deen desfasamiento entre la mitad superior y la mitad inferior de la pieza,producindose el defecto.

Defectos con origen en el cambio de estado lquido al slido del metal.

Las aleaciones metlicas durante el periodo de solidificacin sufren una ovarias contracciones metlicas (disminuciones de volumen), as cuales debenpreverse por el fundidor y por el modelista ya que pueden ser el origen dediversos defectos en la pieza fundida.




El fundidor deber estudiar el enfriamiento que ir sufriendo la pieza hastaalcanzar la temperatura ambiente para prever un buen diseo del sistema dealimentacin, realizar un clculo adecuado para su mazarotas empleadas,decidir si es necesario el empleo de enfriadores, as como el empleo demateriales exotrmicos. Tambin decidir entre otras cosas algunasrecomendaciones prcticas en cuanto al moldeo de la pieza.

El modelista por su parte como se menciona en 3.1 deber fabricar su modelotomando en cuenta principalmente la contraccin slida propia de los metales,aplicando el clculo correcto a cada dimensin de la tolerancia de contraccin,a fin de evitar los defectos de dimensin.

Al modelo tambin deber aplicarse los sobr espesores| de maquinadorecomendado y ngulos de salida adecuados.

Defectos con origen en las operaciones realizadas durante del proceso.

Son diversas las operaciones que se realizan durante el proceso de fundicin yun control deficiente en ellas dar por resultado mala calidad en las piezas defundicin.

Las operaciones a continuacin mencionadas son slo algunas de las que serealizan en el proceso de fundicin.

FUSIN Temperatura de fusin, orden de adicin de los elementosaleados, empleo de fundentes, desgasificantes, afinadoresde grano.

VACIADO Temperatura de vaciado, velocidad de vaciado, eliminacin denata y escoria.

MOLDEO Apisonado, empleo de pinturas, empleo de arena de careo,salidas de gases, manejo y transportacin del molde,asentamiento de corazones.

DESMOLDEO Velocidad de desmolde, mtodo de desmolde.

LIMPIEZA DE PIEZA Sistema de limpieza, manejo de la pieza, rebabeo dela pieza.

PREPARACIN Y MANTENIMIENTO DE ARENA Orden de adicin, tiempode mezclado, manejo yconservacin.




Defectos con origen en el mal diseo o concepcin de la pieza.

Para disear o proyectar una pieza de fundicin, es necesario que estas tenganformas y espesores adecuados.

DEFECTOS COMUNES

Porosidad.- Es causada por los gases que durante el vaciado del metal en elmolde, no tienen una salida fcil al exterior. Si la porosidad est distribuida demanera uniforme en la pieza, es seal de que el gas estaba ya disuelto con elmetal antes del vaciado. Ver figura 44

Figura No. 44

Rechupe.- Es un hueco dejado en la pieza como resultado de la contraccinlquida y de solidificacin propia de los metales. Ver figura 45

Figura No. 45




Sopladura.- Agujero en la pieza fundida causada por el gas atrapado durantela solidificacin. Estos huecos alcanzan hasta la superficie. La sopladura puedeser causada tambin por arena demasiado hmeda. Ver figura No. 46

Figura No. 46

Grietas.- las grietas en caliente o roturas en caliente se producen cuando hayuna rigidez en el molde que origina un esfuerzo de traccin en la pieza (fig.4).Otro caso es cuando un corazn es demasiado duro para desintegrarse y lapieza no tiene una libre contraccin. Ver figura No. 47

Figura No. 47

Llenado incompleto.- Es el resultado de la solidificacin del metal antes deque el molde sea llenado. Esto ocurre tambin por tener un sistema dealimentacin deficiente. Ver figura No. 48

Figura No. 48




Explosiones de arena.- Son granos de arena incrustados en la pieza debido aun apisonado flojo o un excesivo impacto del metal contra la superficie delmolde. Ver figura No. 49

Figura No. 49

Corazones desplazados.- El desplazamiento de un corazn es causado pordescuido del operario por accidente. Tambin puede contribuir la incidencia delmetal contra un costado del corazn. Ver figura No. 50

Figura No. 50

Escoria en la pieza.- La formacin de escoria se debe a la oxidacin del metalproducida por la fisin del metal en el horno, o al vaciar el metal en el molde detal manera que est queda incluida en la pieza crendose el defecto.




CAPITULOIII

DISEOY

FABRICACIN




3.1 METODOLOGA

En este proyecto utilizaremos las aleaciones de hierro gris de alta calidad, yaque este cubre el rango de dureza, resistencia y composicin qumicarequeridos por las normas SAE o equivalentes, de alta maquinabilidad yestabilidad dimensional. Esto se determino despus del anlisis del marcoterico ya mencionado anteriormente.

En este caso la pieza a disear es un tornillo de banco, el cual es unaherramienta que sirve para sujetar firmemente piezas o componentes a loscuales se les quiere aplicar alguna operacin mecnica. Es un conjuntometlico muy slido y resistente que tiene dos mordazas, una de ellas es fija yla otra se abre y se cierra cuando se gira con una palanca un tornillo de roscacuadrada. Es una herramienta que se puede atornillar a una mesa de trabajo yes muy comn en los talleres de mecnica.

Cuando las piezas a sujetar son delicadas o frgiles se deben proteger lasmordazas con fundas de material ms blando llamadas galteras y que puedenser de plomo, corcho, cuero, nailon, etc.

Para realizar diseo del modelo se tuvieron las siguientes consideraciones:

Se realizaron los clculos para las dimensiones con una contraccindel material del 0.7% como indica la tabla No.3 para el hierro fundido.

Se aplico un espesor de maquinado de clase L, ya que las partes quevan a ser maquinadas no afectan el tamao de la pieza. Ver tabla No.4.

Se aplicaron ngulos de extraccinconforme a la tabla No. 2.

El software utilizado para el diseo de la misma fue Mechanical Desktop.




3.2 DISEO DE LA PIEZA

A continuacin se muestran los dibujos de la pieza a disear. Figuras de lapieza de No. 27 a No. 31

Figura No. 27

Figura No. 28




Figura No. 29

Figura No. 30

Figura No. 31




3.3 DISEO DEL MODELO

El modelo es elaborado de madera, y esta dividido en 2 partes. Figuras de No.32 a No. 35

Figura No. 32

Figura No. 33




Figura No. 34

Figura No. 35




Figura No. 36Modelo de la pieza (cuerpo de la pieza)

Figura No. 37Modelo de la pieza (cabezal)




3.4 DIBUJOS DEL MOLDEO

Los siguientes dibujos muestran la forma de moldeo de la pieza. Figuras de No.38 a No. 43

Figura No. 38

Figura No. 39




Figura No. 40

Figura No. 41




Figura No. 42

Figura No. 43




3.5 CLCULOS DEL SINFN.

Para el previo clculo de un tornillo de potencia se tiene que recurrir primero; auna investigacin previa sobre el diseo de la pieza en la cual se tendr quehacer las especificaciones ms relevantes del diseo y el clculo.

Para el clculo de un tornillo de potencia el cual lleva una rosca Cuadrada Acm se tiene que utilizar el torque o momento que genera la cuerda a travsdel desplazamiento que se tiene en toda la longitud del tornillo, para esto seutiliza una cierta clase de formulas previamente establecidas.

Para poder establecer la formula correcta se deber utilizar el diseo paraestablecer los limites y longitudes que se tienen para el clculo necesario; enesta hoja de clculo se estableci que se deben tomar los valores ms grandespara el clculo correspondiente ya que se necesita someter una cuerda a sumxima friccin y desgaste que se genera durante su vida til de la cuerda.

Para el diseo se estableci que se debe considerar un material de acero 4140para el tornillo de potencia ya que este material es resistente a la friccin ydesgaste; de esta forma se puede fabricar la turca de un acero 1045 para este,ya que es ms fcil que se desgaste pronto esta tuerca que el propio tornillo;en el cual el tornillo es donde se genera ms cantidad de friccin y fuerza arealizar en la cuerda que la propia tuerca.

En el trmino de los clculos correspondientes se tiene que saber que tipo detratamiento trmico debe llevar la cuerda, para esto escogimos un tratamientotrmico llamado nitruracin ya que este consiste en fortalecer el material y darlemayor vida contra el desgaste y la friccin que genera este tornillo.

Para el estudio de la fuerza que genera un hombre en el apriete de unaherramienta se necesita una investigacin necesaria. Para esto se hace unainvestigacin sobre el estudio de la ergonoma que es la actividad concreta delhombre aplicado al trabajo utilizando medios tcnicos, el cual tiene comoobjetivo la investigacin en un sistema hombre mquina entorno, el cualrelaciona todo lo explicado anteriormente.

Para un estudio de esta fuerza se hizo un estudio con 10 personas que oscilanentre una edad de 22 a 23 aos con un peso de 70 kg. a 80 kg. y una estaturade 1.70 m a 1.80 m; en la cual se les pidi que jalaran un dinammetro contodas sus fuerzas para establecer una fuerza promedio que resultara ser unaincgnita necesaria para el clculo de un tornillo de potencia, al trmino de lamedicin se estableci que un hombre de las anteriores caractersticas puedeejercer una fuerza promedio de 300N.




Ya teniendo los componentes se prosigue al clculo necesario de un tornillo depotencia el cual se tiene los siguientes resultados generados:

CALCULO DE UNA ROSCA CUADRADA PARA UN TORNILLODE 3/4 DE DIMETRO.

Torque a travs de la cuerda

NTNT

NT

LfDDfLFD

T

U

U

U

P

PPU

69452394.22235518098.036.96

1667.015.06424.06424.015.01667.0

26424.0300

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda

NTNT

NT

LfDLDfFDT

D

D

D

P

PPD

415177214.6066575106.036.96

1667.015.06424.01667.06424.015.0

26424.0300

2

Eficiencia Del Tornillo

%07.35%350716266.069452394.222

1667.03002

eN

Ne

TFLe

U




CALCULO DEL ANGULO DE DESPLAZAMIENTO

721913624.4

082600028.0tan6424.0

1667.0tan

tan

11

1

PDL

Torque a travs de la cuerda con ngulo de desplazamiento

NT

NT

NT

ffFD

T

U

U

U

PU

69452396.22

235518098.036.96

72.4tan15.0115.072.4tan

26424.0300

tan1tan

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda con ngulo dedesplazamiento

NTNT

NT

ffFD

T

D

D

D

PD

415177325.606657517.036.96

72.4tan15.0172.4tan15.0

26424.0300

tan1tan

2


%07.35%350716266.069452396.222

1667.03002

eN

Ne

TFL

eU




CALCULO DE UNA ROSCA ACME PARA UN TORNILLO DE 3/4DE DIMETRO.

Torque a travs de la cuerda

NTNT

CosNT

fCosfCosFD

T

U

U

U

PU

18560067.23240614369.036.96

72.4tan15.05.14cos15.072.4tan5.14

26424.0300

tantan

2

Torque para moverla hacia fuera de la cuerda

NTNT

CosNT

fCosCosfFD

T

D

U

U

PD

060561048.7073272738.036.96

72.4tan15.05.14cos72.4tan5.1415.0

26424.0300

tantan

2


%32.34%343288009.018560067.232

1667.03002

eN

Ne

TFL

eU




3.6 FABRICACIN DEL MODELO

FABRICACIN DE MOLDEO

DESCRIPCIN UNITARIO 20 PZS 40 PZS 60 PZS

MOLDE

MATERIAL MADERA (ENCINO) $450.00 $9,000.00 $18,000.00 $27,000.00

CORAZN

MATERIAL MADERA (ENCINO) $80.00 $1,600.00 $3,200.00 $4,800.00

MOLDE

MATERIAL ALUMINIO $380.00 $7,600.00 $15,200.00 $22,800.00

CORAZN

MATERIAL ALUMINIO $30.00 $600.00 $1,200.00 $1,800.00

TORNILLO Y TUERCA

MATERIAL ACERO 4140 X 118 $180.00 $3,600.00 $7,200.00 $10,800.00

FUNDICIN

HIERRO COLADO DE MATERIAL FUNDIDO (60 Kg.) $30,000.00




CONCLUSIONES

Con este proyecto definimos que la fabricacin de un modelo de fundicin, enel cual se establece el costo de una pieza se puede basar en la forma del tipode fundicin y el material con que se vaya a realizar; sea por acero o inyeccin.

Por lo cual en una forma ms adecuada en la fabricacin de cualquier tipomodelo se deben de establecer los recursos necesarios para la elaboracin dedicha pieza. En el transcurso de la realizacin de esta Tesina podemos hablarque en la fabricacin de un modelo para fundicin es el paso ms importanteya que de este se empieza a generar toda la fabricacin y averiguacin sobretiempos y costos que deben necesitar para la elaboracin de cualquier tipo depieza; ya que el modelo se puede definir como la parte negativa de una piezaya establecida o realizada en la industria.

En la innovacin de este diseo podemos hablar del recubrimiento que tendrel modelo que ser de zinc-estao; por sus propiedades en las que se puedeobservar la resistencia a la corrosin y al desgaste que se tenga. En una cajade madera la mejor opcin es el recubrimiento de una grasa lubricante en lacual su utilizacin sirve para que no se penetre el material caliente en la caja.

En el estudio del tipo de material se puede generar una idea de la obtencin yla aplicacin que se tiene en la industria porque al completar este materialhemos llegado a la conclusin de que tan importante es tener conocimiento, elcual es importante para la humanidad saber el proceso qumico, fisiolgico ybiolgico de las cosas que nos rodean. Este proceso de fundicin de metaleses considerado como uno de entre tantos procesos que sirven de evolucin a lahumanidad y cambian el curso de nuestras vidas.




4.5 BIBLIOGRAFA

Diseo De Elementos De Maquinas 2da. EdicinAutor: Robert L. Mott P.E

Manual Del Ingeniero De TallerAutor: Roger Timings.

Ergonoma Y Productividad.Autor: Ramrez Carvassa

Tecnologa De Los MaterialesAutor: Ing. Heliodoro Espinosa H.

Elementos De MquinasAutor: Bernard J. Hamrock, Bo Jacobson, Steven R. Schmid.

Anlisis crtico de los problemas que se presentan en el vaciado defundiciones por razn de las contracciones lquidas y slidas propiasde las aleaciones metlicas. Tesis Profesional, ESIME, Mxico 1973

Autor: Jimnez C. Francisco

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Tornillo Banco Fundicion