Cap13

DE PROCESOS D EM E T A L E S FUNDICIÓN C O N T E N I D OD E LC A P I T U L O

1 3 . 1 F u n d i c i ó ne n a r e n a 1 3 . 1 . 1M o d e l o sY c o r a z o n e s 13.1.2 Moldesy fabricaciónde nrolcles 1 3 . 1 . 3E l p r o c e s od e f u n c l i c i ó n de funcliciónen molclesclesechables alternativos 1 3 . 2 Procesos 1 3 . 2 . 1M o l d e oe n c o n c h a 13.2.2 Moldeo al vacío expancliclo 13.2.3 Procesocon poliestireno r e v e s t i m i ento 13 . 2 . 4 F u n d i c i ó np o r 13.2.5Moldesparafundiciónde yesoy clecer¿inric.a de fundiciónen molde permanente 1 3 . 3 Procesos 1 3 . 3 . 1 P r o c e s obsá s i c o se n m o l d ep e r m a n e n t e 13.3.2Variantesde la fundiciónen molcleperrttarretrte en dados 1 3 . 3 . 3F u n d i c i ó n 13 . 3 . 4 F u n d i c i ó nc e n t r í f u g a 1 3 . 4 Prácticaclela ftllrclición 1 3 . 4 . 1H o r t r o s 1 3 . 4 . 2V a c i a d o l, i m p i e z ay t r a t a m i e n ttoé r l n i t - c r 1 3 . 5 C a l i d a dd e l a f u n c l i c i ó n Metalesparafundición 1 3. 6 parael diseñocleprrlcltlctos 1 3 . 7 Consideraciones

de acuel'doal ti¡lo tle ltrolcle, Los procesosclefundiciónclemetal se cliviclenen dos categclrías de funclicióncon molEn las operacit-rnes y 2) molclespermanentes. I ) moldesclesechables éste se destruyepara remover la parte fundida. Como se rec¡uieretlrl nuevo de desechable, de producciónen procesosde molcledesemolde por cadanuevafundición,las velociclacles chableson limitadas,mása causacleltiempoque se requiereparahacerel moltle,qtteal tienlpo para hacer la fundición. Sin embargo,para ciertaspartesse pueclenproclttcirrrtoldesy de 400 partespor hora o mayores.En los procesosclenroldeoperfundicionesa velociclades

en arena 13.1lFundición Sección

261

nralrelltc.eI rrroltlese f'abricacon lnetal (u otro rnaterialdurable)que permiteusarlosen repetidas estosprocesostienenuna ventajanaturalparamayores rlc fulrclici(ln.En consecuencia, 1¡¡re¡aci6rres vcloc:itliules de ¡rroclucción. Nuestroallírlisisclelos procesosde fundiciónen estecapítulose organizacomosigue:l) funy 3) procesosde ¿ici(r¡ en are¡a.2) procesosalternativosde fundiciónen moldesdesechables f¡llclici(xl e¡ ntolde pennanente.El capítuloincluye tambiénequiposde fundición y prácticasen Los aspectosrle la inspeccióny calidadse trataránen otra sección.Ylos Iss tafferesclef'unclición. en la última seccióndel capítulo. lirrca¡rit¡tps¡nrir cl rliselrocleprorluclosse presentarán

ffi La f¡nrlició¡ e¡ Arenaes el procesonrásutilizado,la producciónpor medio de estemétodorepreparteclel tonelajetotal cle funclición.Casi todaslas aleacionespuedenfundirseen se't^ l¿rllr¿ry6r. cs uno de lclspocosprocesosque puedenusarsepara metalescon altastemperatlc lrcclr1¡, ¿rr-r'¡il: perrnitefunclirparteslnuy cl níqucly el titanio.Su versatilidatl tlc lusirirr.co¡ro s9¡ cl ¿lcero, Itrr-¿rs de producciónque van (véasela figura l3.l) y en cantidades 1ttlc grllrdesclinrensiones ¡rct¡ucñ¡s t l e u n i tp i c z i ta l l l i l l < l n edse é s t a s . La .fiuulicirinen (tr(no collsisteen vaciar un metal fundido en un molde de arena,dejarlo la fundiciónpasa el lnolclepara removerla fundición.Posteriormente solitlil'icar)/ l'olllperclesptrés (680 kg) F r - u r c f i c . i eó n a r e n a p a r a e l c L r e r p od e u n c o m p r e s o rc o n u n p e s o d e 1 5 0 0 l b FICLIRAl l. j l n d i a n a ) ' E l k h a r t , ( C o r t e s í .rtl e E l k l l a r tF o u n c l r y ,f o t o ¡ r o r P a r a g o nI n c ' ,

262

de fundiciónclemetales Capítulo13 / Procesos Manufactura del corazón (si se necesita)

.----lftry*.T;;l o" l:'Í"" I

Materla pnma

Frndición -f.t"""a", :l - - t"'tinada rnspeccion I

l-.-

a r e l l a . L o s p . r s o si n c l t t y e n t l r r F I G U R A 1 3 . 2 p a s o se n l a s e c u e n c i ad e p r o d u c c i ó n d e l a f u n d i c i ó n e r l rnodelo y del trlolcle' clel nranufactura la también sino solamente las operaciones de fundición,

térnlico para por un procesode limpiezae inspección,pero en oóasionesrequiereun tratamiento ctlll rcctlbl'ielldo Se clafornraa la cavidaddel nt
13.1.1

Modelosy corazones parte, ligeramente La fundición en arena requiereun potrón o ntotlelo al tamaño ¡raluralcle la tltaquiltaclode la el p¿lra agrandado,tomando en consideraciónla contraccióny las tolerancias los plásfundiciónfinal. Los materialesque se usanpara haceresfosmoclelosincluyenla nladera, y de trabi¡ar'la tircilidad por lit rnodelos, ticos y los metales.La maderaes un materialcomún para l¿t ill'ella cle son la tendenciaa la torsióny al desgastepor la ¿tbrasitilt darle forma. Sus desventaias l-os lllodclos lo cual limita el núnrerocleveces(lttc ptle(let¡s¿¡rsc. que se compactaa su alrecledor, ellll'c la tltetlitl tttl ténllillo de metal son más costosospero duran nrás.Los plásticosrept'esenltltl dc¡rcttdeett gt'an pittroneso ¡lroclelos maderay los metales.La selecciónclelmaterialapropiadop¿rr¿t partede la cantidadtotal de f¡ndicionesa proclucir. Hay variostiposclemodelos,cornose ilustraen la figura 13.1.El llrírssint¡rlcest¿iltecltode el'¡tittll¿tñtl una pieza,llamadontoclelosólido,quetienela mislnafor'¡nitde l¿tftutdicióny ltls a.ittstcs sc tltictt¿tntlcl stlrge conrplicación es fácil, pero lit por contraccióny maquinado.Su manut'actura elltre las dtls Titu puruhacerel molde clearena.Determinarla localizaciónclel¡rlanoclese¡raritción el sistenraclevaciacloy el vertederotle ctllatlapill'iltll'lltltltlelostilimitaclesdel molde e incorpor¿lr do, puedeser un problemaque se dejaráal iuicio y habilidaddel o¡rerariotlel tallerde l'undicitín. por tanto,los modelossólidosse Ltsansolamenteen produccionesde nruy baja cantidad. constande dos piezasque separanla pieza il lo largo cletln plano,éste Los modelosclit,iclirlos cc,incidecon el plano de separacióndel molde. Los modelosdivididos son apropiatlospara partes del molcleqtreda de proclucción.El plano de separaciólr de forma complejay cantidadesmocleradas por las closmitadesdel molde, más que por el juic:ittilel operador'. predeterminaclo

Sección13.1 lFundiciónde arena

263

Modelode la mazarota Modelodel semimolde superior

%

r ( a)

(b )

(c)

(d)

a) model osól i do,b) model o 13. ] T i¡ r o srl c p a tro rreusti l i z a d o se n l a fundi ci ónen arena: FIGLJ RA y cl)nrodelode doble placasuperiore inferior' t.) nr.rk.l. corr lllacadc aco¡;lanriento rfi,,,i<.lirkr,

o los pa'¿r.ltrs volúr¡enesde proclucciónse empleanlos nlodeloscon placade acoplamiento dos las moclelocon placa de acoplamiento' rr*lc:los tlt, tloltle ¡tlaca(superior e inferior). En un de una placade maderao metal' Los piezasdel rnoclelodividiclose adhierena los ladosopuestos la parte superiory el fondo (copey drag) agujerosclela placapenniten una alineaciónprecisaentre son similares a los patronescon una clel nrolcle.[-os modelos con doble placa cle acoplamiento de maneraque las pegana placasseparaclas, placa,exce¡rtoque las mitadesdel patrón diviclido se en lugar puedanfabricar independientemente, seccionesclela parte superiore inferior del molde se (d) de la figura 13.3incluyeel sistemade vacia¿e usarla,risma herramientaparaambas.La parte doble' do y {e mazarotaen los modeloscon placade acoplamiento si poseesuperficiesinternas,se neceLos patronesdefinen la forma externade la fundición. de tamañonaturalde las superficiesintesita un corazónpara definirlas. rJncorazónes un modelo del molde antesdel vaciado,para que al fluir riores clela parte.El corazónse insertaen la cavidad molde y el corazón,formando así las superficies el nretnl fr:nclido,soliclifiqueentre la cavidad del hacé generalmentede arena compactada'El extenlase intenras,Je la funclición.E,l corazón se paracontraccióny maquinadolo mismo que el tarrañ' real clelcorazónclebeincruir las tolerancias no requerir soportesque lo mantenganen patrón. E,l corazón,clependiendode la forma, puede o soportes,llamadossuietadores'se hacen posicitinen l¿rcavitlaclclelnroldecluranteel vaciado.Estos ejemplo' para de fusión seamayor que la cle la piezaa fundir' Por tlc un nletal cuya ternperatura acero.Los sujetadoresquedanatrapadosen la funtlicionesclehierro colado se usan sujetadoresde la figura 13.4se muestraun posibleaneglo del fundiciónduranreel vaciadoy la solidificación.En fundición se recorLa porción de los sujetadoresque sobresalende la coraz.ó,usanclosujetaclores. tan desPués.

13 . 1. 2 M o l d e sy f a b r i c a c i ó nd e m o l d e s Esta arenadebetener es sílice(sio2) o sílicemezcladacon otros minerales' La arenade f'unclición resistir altas temperaturassin refractarias,expresadascomo la capacidadde bue.as propieclacles de irnportantesson: el tamañodel grano' la distribución funtlirseo degradarse.otras características propequeños granos(secciónl8.l)' Los granos tarnañosclelgranoen la mezclay ra forma de los pero los granosgrandesson más permeables' porcionanrnejor acabadosuperficiaren la fundición, moldeshechosde granosirregularestiendena para que los gasesescapenáuranteer vaciado.Los debido al entrelazadode los granos'pero esto ser nrás frertes que los rnoldesclegranosreclondos la pctrneabiliclad' lit'lrtlclt t'cstl'ittgir por medio de una mezclade del rrr()kle,lOsgranosclearenase aglutinan {-abt.icacitirr l¡r I:n y 7o/ode arcilla' se típica(en iolumen) es 907ode arena,37ode agúa La propor.ciórr Írgr.r¿r ), ¿r.cill¿r.

264

de fundiciónde metales Capítulo13 / Procesos

Bebedero de colada Plano de seParación

a Molde

tl

+

V

(a)

(b)

( c)

'f la cavicladclelrnoldepor ios suietaclores, FfCURA 3.4 6) Corazónmantenidoen su lugarclentrocle i nterna. ( b)dis e ñ op o s i b l ed e l s u j e ta d oyr (c )fundi ci óncon cavi cl ad

(por e.ientplo' en lugarde la arcilla,contoresillasorgiinicas puedenusarotrosagentesaglutinantes (por ejernpkr,silicittoy lilsfirttldc sodio)'Algtrrtits irrorgánicos resinasfunólicas)y aglutinantes conto parame.iorarpropieclades vecesse añaden alamezcla de arenay aglutinanteciertosaclitivos la resistenciay permeabilidaddel nrolde' la arenade moldeo clelmolclese coll-tP¿tcta En el métodotradicionalpara formar la caviclacl (u.iu de nnldeo' El prorecipientellanlaclo alrededordel modeloen la partesuperiore inferiorde un es el apisonadoa ln¿lnorealizado ceso de empaquese realizaporvarios métodos.El más simple para tltecanizarel varias rneic¡uinas manualmentepor un operario.Además,se han desarrollaclo nrecanisnlos:I ) ctl¡ttp¿tclascualesoperanpor meclioclelos sigtrientes procedimientode empaóaclo, l) accititttle s¿tcttneuntíttica; presión tación de la arenaalrededordel patrónó moclelomediante la arenacontenidaen la ca.iajttttttl ¿tlrtltldeltl'it filt tlc colltdimiento,clejandocaer repeticlamente haciencroque los granoscle arenase inrpactcncontra el pactarlaen su lugar; y 3) ranzamiento, patróna alta velocidad. clemolclesclearenaes el nu¡ldt'o'sitt(tt.irt,(lue conclelas cajastraciicionales Una altel.nativa cleprotluccitinde tttoltles'catla ntolcle sisteen el uso cleuna caja maestraen un sistemamecanizado t¡ttela ¡rrotlttccitlllpor esle ltléttldrl clearenase procluce¡sanclola misma caja maestra.Se estima hastaseiscientosmoldespor lrora [6]' automatizadopuecleascencler ¡ritl'itel ltltlldel-51:l) r'¿''rt'rparadeterminarla calidarlde l¿r¿tretl¿t Se usanvariosinclic¿rclores ¡ltlt'cl l'lu.irlde'l srrlbnlra y soportiu'litcl'tlsitiltcatls¿tdrt ctelmolde poru-,',',o,rlcner tencia,capaciclad y otros l'itcclelagltrtin¿tnte aclltesivas cleltamañoclelgrano,las cualidacles metal líquiclo,depencle clel'trrrdidel nroldeparapennitirc¡ucel nirecillie¡ttcy ltls g¿lscs tores;z) perntectbilirlacl,capaciclad elt lit arclta l¿t de ca¡lacitlatl 3) t,stubilidtultórrttictt, ción pasena travésde los poros cle la aren¿r; ctlll cll cot'¡lilcltl y ctlcol'v¿tlttiellttl resistirel agrietarniettto clelmolclep¿lr¿l ,up.rliaie clela caviclacl ctellnottle ¡IrIu tlc.iilr'(lttclil lirlldic:ióllse cotllritigit el metaf funcliclo;4) rett.uctibilidrtcl,ca¡raciclad dttl'altlestt tlc' la I'rrlldicitin rle rcnlover'lrt ¿trcttil sin tgrit:tarse;tam6iénse refierea la capacidacl tlcl llttll,lc l'tlttl¡ritt'itltltccrtllrtts lllttltlcs'/ rcciclal'sela al'en¿r linrpieza;y 5) retttili:ttcit'¡tt, ¿,1'rrretle gl'ittlt'esislellciit tttr llttlldecoll Lll'l¿t por e.ierttplo, sou algunasvecesincorn¡ratibles, Estasnlecliclas tienemenoscapacidadde contracción. conlo ilrella verde,al't'llítsecao de cttpa se clasificanfrecrientemenle Los molclesrJe¿rren¿l "vel'(le" arcillay agtlil,cl térlttitlo seca.Losntoltlestle ,t-at* verulese hacencleuna mezclatle ¿u'erta, L,osnroldesde arena al nrornentoclelVaciaclo. se refiereal hechocleque el molclecontienehumeclacl así colrtolluenaretractibilien la nrayoríaclesus itplicacitttles, vercletienensuficienteresistencia son los más Por ctltrsigttiente, tambiénson los lllenoscostoscls. y reutilización, dacl,perrneabiliclacl en la arena¡ruedecallsar [-a ltttmeclatl tambiéntienensusclesventdas. ¿tunque usaclos, ampliamente de la picz'a'Iln georltétl'ic¿t clelnretal), de lit filrttt¿t clepenclienclo en algunasfun¿iciones, clefectos

en arena 13.1lFundición Sección

265

en lugar de arcilla' El molde se cuece nrolclecle arenasecase fabrica con aglomerantesorgánicos oC y 316 "C) t6l' El que fluctúanentre400'F y 600'F (204 erl una estuf,agrandea temperaturas seca arena de molde E'l de la cavidad. cocicloen estufarefuerzaei molde y endurecela superficie que los rnoldesde arenaverde' Sin propor.ci.r¿lur.lnrejor control dirnensionalen la fundición velocidaclde producciónes reducidadebido ernbarg..el r'ol¿e rle arenasecaes más costosoy la de tatnañomedio y a f'undiciorles se linlitan generalntente ..l ticlrr¡r.rlc secatle.Sus aplicaciones de la cavicleproducciónbajas.En los moldesde capa seca,la superficie grancley en velociclades lámsopletes' entre0.5 y I pulg, usando clatltlc urr 'rrkle clearen¿rverclese secau rnu profundidad parciahnentelas ventajasdel molde de arena u otros rnedios,aprouechando 'ar.as¿e c^lentarniento a la mezclade arenaparareforzarla supernraterialesadhesivosespeciales scca.sc ¡lucdc' ¿rñaclir l'icic tlc llt cltvitl'd'

L a l e s ,y a s e a convenclon . . . ^ , - ^ , r a ^ r ode , r onroldes r r r ^ r ¡ r e cse s e refiere r e f i e r e al a l uso u s o de d e aglutinantes aslutina l,¿rcl^sil'icación¡lrececlente han desarrolladotambién u orros que requierenclel calentamientopara curar.-se .gra. ¿r.cill¿r de cualquierade los aglutinantestradicionales' ,rrlclcs agluti'.clos. quínricarnenteclif'erentes utilizadosen sistemasque no requierencoc:imiento' Afgrrrr.stlc cstos ,raterialesaglutinantes, furfural' urea y formaldehído)'las fenóliirrcluyerrl¿rsresi¡¿rsf'uránicas(que consistenen alcohol moldesque no requierencocimientoestácrecas ), l.s aceitesalquídicos.La popularidadde los aplicacionesde alta producción' cierd. clellidoa su buencontrol dimensionalen

t 3 . 1 . 3E l p r o c e s oc l ef t l n d i c i ó n y las dos nlitadesdel molde se cierran' se Des¡ruéscle,cluese po-sicionael corazón(si es el caso) y dejar enfriar lapieza de fundición (sece.jecurala funclicirin.Ésta consisteen vaciar,solidificar del nlolclese debendiseñarparaque alide vaciadoy la lnazarot¿t cioncs 12.2y 12.3).E,lsistc¡lra reservasuficienteclentetalfundido durantela ,rerte, rret¿rllíc¡uicl'a la cavidady mantenganuna El aire y los gasesdebendejarseescapar' solitlil'ic¿rci(Ir ),contr¿tcción. flotacióndel metal fundido puedamover al LIrrricsg, cluranteel vaciacloes que-la fuerzade resultantedel peso del metal fundido que es c.r..zri, tlc su lugar..La fuerzade flotaciónes una a levcon el principio cleArquímedes.La fuerzaque tiende rlcs¡rluzu¿1r ¡'rr. el corazírncre¿rcuerclo se Esto mislno' corazón del menosel peso arrar.el crr.az(r.es igual al pesodel líquido desplazado ecuación: lnediantela siguiertte lluerleexpl.esar

(r 3 . l )

l't,-Wr,-W,

= del rnetalfundido desplazado'lb (N); y W''= rle¡clel,',,=l-uerzacle flotaci(r¡,lb (N); 1V,,, peso volumen del corazónpor las lb (N). Los pesosse cleterminanal multiplicar el peso cftl cor.azcin que se funde' La denclelrnaterialclel corazín(típicamentearena)y del metal r.espectiv¿rs rfcrrsicfacles de 0.058 lb/pulg3(1.6 glcn3;' Las densidades siclaclcfeu, coraz(r¡de arenaes aproximadamerite en furttliciónse clatren la tabla l3'l' coll'ltll'les aleacittttes vari¿ts

arena E j e m p l o1 3 . 1 Flotaciónen la fundiciónen

clentrode la cavidadde un corazónduranteel vacia-

= 120pulg3,y estálocalizaclo Urr ctll'itztill clc al'etl¿ttiene tttr vtlltttttetr el de flotaciírnque tiende a levantar nrof tle cle al'clta' Detentline la fuerza

rlo de plotttofulldicloett el lllolcle' el peso del corazónes crel corazón de arena es 0.58 lb/pulg3, Srruciri': La clersicracl en la tabla 13.1,es 0'4to lb/pulg3'El peso del plorno,basánclose l2(x0,05tt)=6.g6 l[r. L¿rclensiclacl es por tanto ls l z0(0.410)= 49.z lb. La fuerzade flotación cor¿rzón rrcf pl.rrr. tlcsplazadoq-r.r.er

= I'n = 49.2 6.96 42'24lb

266

de fundiciónrle metal Capítulo13 / Procesos ftttrcl i ci ón T A B L A13 . 1 D e n s i d a desde al eaci onessel ecci onadaspara Densidad (g/cm3) lblpul93

Material

Afuminio (99"/oPuro) A l e a c i ó na l u mi n i o -s i l i c io Afeaciónaluminio-cobre$2% Al) Latóna u F u n d i c i ó nd e h i e rrog ri s Cobre(99% Puro) Plomo(puro) Acero

0.098 0.096 0.102 0.313 0.260 o.317 0.410 o.284

(2.70) {2.6s) (2.81) (8.62) (7.16) (8.7l) ( 11. 3 0 ) v ,82)

F u e n te[5 ]. " L a d e n s i d a dd e p e n d ed e l a composi ci ón de l a al eaci ón;el val ordadoes típ¡co.

sL'r()llll)c[)ilrill'ectlel ¡troldcde ¿trell¿l y el enfriarniento, Al continuarcon la soliclificación y lit itrctla se scparit¡'|, perar la partede funclición.Ésta se enfría,el sisternade vaciadoy nlazarota se remueve.Finalmentese inspeccionala fundición (sección13.5)'

S A L T E R N A T I V ODSE F U N D I C I O N E N M O L D E SD E S E C H A B L E S de tirndiciórlen arena Existenotrosprocesosde fundiciónque son tan versátilescomo los procesos entreestosmétodiferencia [-a especiales. y que han sido desanolladospara cumplir necesidades del molde o en la dos radicaen la composicióndel materialdel molde,en el métoclode fabricación forma como se haceel Patrón.

13. 2 . 1 M o l d e o e n c o n c h a co¡lcltadelgada(tí¡liEl mo¡leo en conchaes un procesode f'uncliciónen el cual el nltllde es tlna en Aletlraniil camente3/g pulg) hechode ar-enaaglutinadacon una resinaternrofija.Se desarrolló durantelos añoscuarenta,el procesose describee ilustraen la figura 13.5. cavidaddel Hay muchasventajasen el procesocle moldeo en concha.La superficiede la un lrlayor permite molde de conchaes más liso que el molde convencionalde arenaverde,su lisura l¿tstrllcrficief ilt¿tldc l¿tftllldiciti¡r'Se vaciadoy mejoracabaclocle flujodel metalfsnclicloduranteel con tolepuád.n obteneracabadosde 100 ¿rpulg(2.5 ¡tm) y tambiénbuenaprecisióndintension¿tl ranciasposiblesde 10.010pulg (0.25ttm)en partesde tamañorneclianoa pequeño.El btrenacabagenedo y la precisiónevita muchasvecesel maquinadoposterior.l-a refractibilidaddel molde es t:lt l¿rlirndicitin. y agriet¿tdo ralmentesuficienteparaevitarel desgarrantiertto co¡tel pittrón clelnet¿tlcontpar¿¡clo patrón clel cosfo es el del molcleoen concha La clesventaja por concltit justificar el lltoldeo ¡raritvolúlllenes para moldeo en arenaverde.Esro hacedifícil cle para proclucciótlen masay es pequeñosde producción.El moldeo por conchapuedemecanizarse tle acero adaptadopara fttttcliciones Pareceparticularmente más económicoen grandescantidacles. ejemson de menosde 20 lb. Variosengranes,cuerposcleválvulas,manguitosy árbolescle levas plos de parteshechascon el moldeoen concha.

13 .2.2 MoldeoaI vacío (lue El molcleoal t,or:ío,tambiénllamadopro('eso-ll,utiliza un nrolclede ¿trena se nratrtietletlniclo el tél'llrillovacíoen este químico.Por consigttiente, por presiónclevacíoen lugarcleun aglutinante

de funcliciónen moldesdesechables Sección13.'2lProcesosaltenrativos

267

Arena con aglutinante de resina (1)

Conchas

Granalla

Caja del molde

@ a^J,)aA fi.'

(41

.,

'z z.'7

(5)

(7)

-¡3.5 pasos o e n e l n r o l c l e o¡ r o r c o n c h a : ( 1 ) u n r n o d e l o m e t á l i c o c o n p l a c a d e a c o p l a m i e n t o , FIGLJRA t e r m ofija; r e s i n a u n a c o n c f . l l l e ¡ l l a < . as, e r a l i e n t a y s e c o l o c a s o l r r er r n a r . a . i ac ¡ u ec o r r t i e n ea r e n a m e z c l a d a en la c u r a s e r e s i n a l a c a l i e n t e , m o d e l o ( 2 ) l a J a j a s e v o l t e a y , l . , j a c a c r l ¡ a r c n a j u n t o c . r i , l a r e s i n as o b r e e l c u r a d a s n o p a r t í c u l a s l a s y o r i g i n a l p o s i c i ó r r s u ¡ r e r f i r . i ye f , r n r a u n a c o n c h a c l u r a ;{ ] ) i a c a j a v u e l v e a s u curado; el completar para minutos varios por estufa en una se talienta r.¡r,lr al f.rrdg; (4) la colrr.¡a rle are.rr.r rlel nroclelo;(6) las clos mitacjescJelmolde de concha se ensamblan' (5) el rrl
clelrnolcle,mas no a la operaciónde fundiciónen sí. Los pasos a la rn¿rnufactura 'roccso sc r.el1ere desarrolladoen Japónen los añossetenta,se explicanen la figura 13.6. ¿e esle pr()c!-so. tle la arenaes una de las rnúltiplesventajasdel moldeo al vacío,ya que no l,¡ r.ecupcració¡ que se lleva a se usa¡ aglufinantes.Aclenrás,la arenano requiereel extensivoreacondicionamiento del procatrocuanclose usan aglutinantes.Los clefectoscausadospor la humedadestánausentes del proceso-Vson su relativa clucto,¿ebicloa que la arenano se mezclacon agua.Las desventajas lentittrdy que tlo es fácilrrlenteadaptablea la mecanizaciÓn'

1 3 . 2 . . J P r o c e s oc o n p o l i e s t ¡ r e l reox p a n d i d o alrederlt, liurdit,irittcott ¡toliesrirettoexpandidoutiliza un rnoldede arenacompactado F.l¡tt.ttt.t,,\(t metal fundido dentro del cfortle urr parri¡r de es¡lunraclepoliestirenoque se vaporizaal vaciarel proceso de espumaper' nlolrfe. E,l ¡I.ocesoy ,r..; variacionesse conocencon otros nombrescomo y el Full-mold Process ditta, ,t.()(.(s().\rlc ¡iatr.órto ntodelo¡terdido,procesoevaporalit'ode espuma' EI modelo de poliestirenoincluyeel bebederode colada,el (ésteúltinro es ¡¡a marcaregistracla). (si se necesitan),elimisisle'a rle var:iacloy las rnazarolas.y tarnbiénpuedecontenercorazones Debidoa que el modelode espumase conpor separado. clehacercor¿lzones 'a'¿. 1sí lu ¡ccesiclarl del plano de separación'El clelmolde, se puedenignorarlas consideraciones vierre e, lu cavirl¿rtl La secuenciade este procesode ,rrl¿c ¡¡ ric¡c (prc ser abiertoen la secciónsuperiore inferior'

268

Capí t ulo13 lP r o c e s ods e fu n d i c i ó nd e m e ta l e s Copa de vaciado y bebedero

Segunda hoia de plástico

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Ventilasparasucc¡onar el plástico

(2)

(1)

(3)

Películade Plástico

( 1 ) s e a d h i e r e u n a h o j a d e l g a d ad e p l á s t i c o s o b r e t r t r F I C U R A 1 3 . 6 P a s o se n e l m o l c l e oa l v a c í o ; de vacío; el modelo tiene pec¡Lreñ..¡s modelo con placa de acoplamiento o doble placa por medio c a j a d e d i s e ñ o e s p e c i a ls o l r r el " t ( 2 ) u n a c o l o c a s e v e n t i l a sp a r a f a c i l i t a r l a f o r m a c i ó n d e l v a c í o ; de vaciado y el beberJero;(3) se copa ra forma se ésta praca der modero, se ilena de arena y en prochrceel.vacío, lo cr¡al causa qtre los coloca una segunda hoja de plástico sobre la caja y se granosdearena'"to-p"ttenformandountoíd"rígido;(4)seliberaelvacíoclelaplacadel (S) "t molde se ensambla con su otra ¡¡itatl modelo para permitir que éste se separecJelmolde; en ambas mitades se para formar lás semicajassuperior e ¡nferior, y con el vacío producido ftlndiclo' Desptréscle l'r metal el con contacto al realiza el vaciado. La Éoja dL plástico ,u qu".u rerrtilizarla' para recuperar solidificación casi toda la arena se puede

puedenusAr varios tnétodospitrit ltacer los fundición se ilustra y describeen la figura l3.l . Se se corta la espull'l¿l del volumen de producción.Para fundicionesútnic¿ts, patrones,dependienclo rnoclelo'En corrid¿tsgrandesde ¡rromanualmenteen tiras largasy se ensamhlanpara formar el puedeproclttcirlos llrOdelosaltlesde ltacerlos ducciónse empleauna operaciónautomatizadac¡ue paratlal'lettlla supercon un conrpuesloreti'¿tctario moldes.Los modelosse recubrennormalrnente Las arenasclemoldeoincluyen a la altatemperatura. ficie máslisa al patróny mejorarsu resistencia sec¿l' Sin ernbargo,en algunosprocesosde estegrupo se ltsililrcn¿l usualmentaugrntasaglutinantes. lo cual ayuda a recuperarlapara su reutilización' renroversedel tlrolde, una ventajasignificativade esteprocesoes que el moclelono necesita verdese clearen¿r convencionales esto simplifica/ ru.ititu la fabricacióndel molcle.En los molcles así como los dibtr.iosde las toleraltciasparael requierendos mitadescon su planoscleseparación, y de los sistenrade vaciadt-l y diseñodel molde, ademásse tienenque insertarlos corazones añadir en un moclelo'La En el procesode polietilenoexpanclido,todos estospasosse hacen mazarotas. La.itrstificació' Jet métocloes qre se necesiraun nuevo patrón para caclaf'undición. ;;;j; del costtlde prtltlttcciónde los lntldelos' clepende económicadel procesoclepoliestirenoexparrtliclo de ¡lltlltlresde expantlidose ha aplicatlopitt'al'trntliciorlcs El procesode tiln¿icióncon ¡rolicstireno

de funcliciónen moldesdesechables Sección13.2 lProcesosalternativos

Copay bebedero de espuma

-V ,,,*'

Modelode espuma

l l -ro \-z

qJA 6 ,

269

lmetal fundido

Cajadetmolde

desplazay vaporizael modelode espuma

de AsPersión ':rH[",'':" \¿)

( 1)

se (1)el i d< l : model ode pol i esti reno o | ] . 2 f , r oc e s orl c fu n rl i c i írnc o rrp o l i e s ti re nexparrcl FIC I. J RA y la molde del la caja en coloca se (2) cle espunra nrodeio e.l refra<-tari6; rer.,lrrec()nun cq¡¡ruesto forma que patrón del rle éstey (3) se vacíael metalfundidoen la parte arera se cornpactaalrecledor Al errtrarel nretalen el molde la espumade poliestirenose lrebeclero. y el vaciaclo cle la co¡ra u u ¡roiir oy c lejaque e l r.e ta l l l e n es u l u g a re n l a c a v idad.

con sistemasde producciónautomática,desen masa.Existeninstalaciones autonttivil¡rroducidos al moldeo de patronesde espumade poliestireno' paraaplicaciones I ilr¿rdas

norrevestimiento 13 . 2 . 4 F u n d i c i ó p pot-revestimienÍo,elmodelo,hechode cera,se recubrecon materialrefractariopara Err ltr.fitrttlicititt de vaciar el metal fundido. El fabricar el r¡olcle, clespuésde esto, la cera se funde y evacuaantes "cubrir completamente",esto se férrri¡rl revestinrientoviene cle la palabrarevestir,que significa procesode refiere ¿rlrevestinrientode materi¿ilrefractarioalrecledordel modelo de cera. Es un remontaal f'urtliciti¡ capazclehacerpiezastle alta precisióne intrincadosdetalles.El procesose perdida, anrigtr. Egipte (véasenota histórica I 3.1) y se conocetambiéncomofundición a la cera debido a que el nlodelo de cera se pierde en el molde antesde fundirse.

Nota histórica I3.I porrevestimiento Fundición lado por fos antiguos ,||ffii;: I procesoclefuncliciónde la ceraperdidafue desarrof desu t e egipcioh s a c eu n o s3 5 0 0a ñ o s A u n q u en o s e i d e n t i f i c a n s t l m o n l oess c r i t o s proceso que el especulan los historiadores o del artesanoresponsable, invención y en tiemposantiguos,y moldeo el la alfarería entre relación estrecha una de resurtir q u i e ne l a b o r ól o s m o l d e su t i l i z a d opsa r al a f u n d i c i ó nL' a t a m b i é nq u e f u e u n a l f a r e r o ocurridoa un alfareroque estaba icleacjerprocesode la ceraperdidadebehabérsele el alfarero f a r ¡ i l i a r i z a dcoo ne l p r o c e s od e f u n d i c i ó nS' u p o n e nq u e u n d í a ,c u a n d o o r n a t os, e l e o c u r r i ó d e v a s o u n q u i z á s e n o p i e z a cerámica, e s t a b at r a b a i a n deon u n a Entonces metal' de hiciera se y si durable que el artículopodíaser másatractivo pequeñoque las modelóun corazóncon la formageneralde la pieza,peromás el tamañO'La cera para establecer y lo cubriócon cera finalesdeseadas, climensiones podía creardiseños. resultóser un materialfácilde formar,con la cualel artesano de la cera,el alfareroemplastó Sobrela superficie v forrnasmáselaboradas.

,.

rl

270

Capltulo 13 / Procesosde fundición de metales

l os rnecl i .spara rr' ¡antenel.r s y ! c u i c l a c l o s a m e' -n tvari e ascapasde arci l l a cl i señó É ; - . ^ ^ en ^ ^ ^su , , lrugar. ,,^-. F l a l f e r p r E l al farero,rentonces,cocló( e l m o l d ee n u n re s ul tantes I .o ' n p o n e n te s y drenó' for m ando la que l a arci l l a s" -endur" ci óy l a cera se f undi ó I h o rn o , d e ma n e ra l crentrode a cavi dady d espués ! c a v i d a d .F i n a l m e nteel al farerovaci ó bronce fundi do

la parte rompióel moldepararecuperar solidificado, i ou" la fundiciónhubo y de esteantiguoarfarero las herramientas y experiencia ra educación i é.^riaerando de fundiciónde la ceraperdida procedimiento del i que tuvo que usar,el desarrollo "Un ía t ,g 6o v "n\o' lp/ o v \d" rr u oV v a cc li(ó) n l l . L r r r carrrqLul uesó\ l, o ! d¡ ^e*m, rUae¡Sr rt faa U , , nn gc f, ar an nii nn goeenni iOo yv S s e n tt ti ddO o d ee li nn nnO i cle capacidad habilidad, de ingenuidad, i *."li"nar argúnotro procesotan ileno i d * d u . . i ó ne i n g e n i e r f al l"0 l

I

@#."#

la figura 13.8.Collro ltls ¡trtlLos pasosen la fundición por revestimientose clescribenen se debe fabricar t¡tt modelo para delos de cera se funden despuésqr. t. hace el molde refractario, una operaciónde moldeo,que concadafundición.La produ.rión de modelosse realizamediante con las toleranciasaprtlpi¿tdas sisteen vaciaro inyectarceracalienteen undudo n(testro,cliseñ¿rckl En ios c'astlscltlndcla lt'rrnrade la piezaes para la contracciónde la cera y clelmetal de f'unclición. ( 1 ) s e ¡ t r o c l t l t ' c tlto s l l a t r o n c so t l r o t l e l t l s F l c u R A I 3 . 8 p a s o se n l a f u n c l i c i ó np o r r e v e s t i m i e n t o : fornlar el l'.tlel' de árll.l; (]) el para bebedero un de cera; (2) se acJhierenvarios modelos a el rllt¡ltlt' cJematerial refract.rrio; (4) se f
@ Modelo de cera

Bebedero de cera

W (1)

(21

Calentamiento i

\ \ \

Escurrimiento (7)

en moldesdesechables 271 clefundición alternativos 13.2lprocesos Se.cc-ió. de alta producción c'nrplicart., sejuntan varias piezasde cera parahacerel patrón.En operaciones para formar un modelo se peganvarios patronesu un b.bedero clecolada,hecho también de cera, clcárbol, éstaes la forma que tomaráel metal fundido. del árbol patrón El recubrinrientoconrefractario(paso3) se hacegeneralmentepor inmersión de polvo) mezcladocon en u' loclo de sílice u otro refractariode grano muy fino (casi en forma una superficielisa provee yeso que sirve para unir el molde. El grano fino del material refractario (paso4) se forma por inmerque capruralos intrincarlosdetallesdel modelo de cera.El motde final del refractario clelírrbolen el ltxlo refractarioo por una compactacióncuidadosa si.lrcs r.e,¡rctirlas ocho horas, aproximadamente alretletlor¿el írrbolen un recipiente.El molde se deja secaral aire, el aglutinante. p¿lraqtle etlclurezca complel¿rfundición por revestimientoson: l) capacidadpara fundir piezas cle 'e't¿tjas [.as (0'076 pulg dimensional,con posiblestoleranciasde t0.003 .jase i'trinc.aclai;2) estrechocontrol parareutilizarlay 5) por lo gener'l'): .l) Sren acabadode la superficie;4) recuperaciónde la cera de forma neta, aunquerelativamente r¿rl.' se requierernaquinadoaclicional.Éste es un proceso Las parteshechaspor estemétodoson cosr()so¡'rr.la canticladclepasusque involucrasu operación. partesde formas comnormallrerte ¿e tamañopequeño,aunquese han fundido satisfactoriamente acerosinoxida75 lb. pueclenfundirsetocloslos'tiposde metales,incluyendoaceros, ple.jasde hast¿r por esteproceso fundidas partes Algunos ejemplosde aleacio¡csclc alta ternperatura. Slcs 1,.,[r.¿rs para motores de turbina' así s()r: partes co¡lplejas cle rnaquinaria,paletasy otros componentes una piezaqueilustralas caractecor'o joyería y accesoriosdeniales.En la figura 13.19se muestra rísticasilltrincadasque son posiblescon la fundiciónpor revestimiento'

1 3 . 2 . 5 M o l d e sp a r af u n d i c i ó nd e y e s oy d e c e r á m i c a en aretla,exceptoque el rnolde Losttutltlcs¡ttu-ufrutcliciónen yesoson similaresa los de fundición aditivoscomo el talco y la arena estírhec¡u ,i. y.iu (2casoa-Hzo) en lugar de arena.se mezclan tiempo de fraguado,reducir los agrie¿e sílice co' el yeso para controlar la contraccióny el Parafabricarel molde, se haceuna mezclade yeso y agua, tallricntose iltcrementarla resistencia. y se deja fraguar.En estemétose 'ucía e,.,u, ,roclelocieplásticoo metal en una caja de moldeo debido al extensocontactocon el cl.. lt-rslrrorlelgscle nraderason generalmenteinsatisfactorios, yeso fluir fácilmentealrededordel patrón' irgrf¡l¿cl ,,cs1¡.La co'sistenciapermite a la mez.lu * la causatle que las fundicioneshechas c.'trril.(¡. l,s dctallesy cl acatiadoclela superficie.Éstaes c¡ llrtrltlcstlc l,cst)scltr potatrlcspor stl fi{eli{a{ al patrón. de esteproceso,al tnenospara altos lll cur¿rtlodcl nroldedc yeso es una tle las clesventajas minutosantesde sacarel mo'.lrir'e'es de proclucción.El molde debedejarsefraguarcerca de20 la humedad'Aun cocido,el yeso cleloy. p'steriormente,clebecocersepor variashoraspararemover los fundidoreses que cletodo el conteniclode humedad.El problemaque enfrentan no se clesprencle contrario,la humedad tle| ¡rolde se pierclecuancloel yeso se deshidrata), en el caso l:r resiste¡rcia encontrarun necesario es tanto por relilallelltepueclec¿lusarclei'ectosen el producto clefundición, riÓ€t p€r" que et yeso tle otra desventajadel molde bala'ce c'lre estasaltenlativasincleseables. resolverse puede clelmolde.Esteproblema rrc¿rl.rle . li'ita.rl. cl cscapetle los gasesde la cavidad 2) batir la pastade l) evacuarel aire clela cavidaddel molde antesde vaciar; rfe varias,'.r¿l'eras: contengapequeñosporosdispersayeso artcs rle hacerel rnolcle,clemaneraque el yeso fraguaclo y un tratamientoconocido como proceso clrs: ),3) rs¿lr conrposicionesespecialesdel rnolde de arenamezcladaconel yeso'calentar Attti.clt.E,ste¡rrocesoconsisteen utilizar cercacleun 50vo a presión),y despuéssecar'El el ,r.lrle e. ,'¿r autoclave(estufaque usa vapor sobrecalentado másgrandeque el moldede yesoconrnolderesultanretieneuna permeabilidadconsiderablemente vencitlltal.

tan elevadascomo los moldesde arena' [,.s rrr'l¿escleyesono puedensoportartemperaturas magnesioy algup.r. r.'r.. cstá' lirnitarlosa ftindicionesde bajo puntode fusióncomo aluminio' plásticosy hule' para de metal ¿e cobre. su ca¡rpo de aplicaciónincluye rnoldes ,¿rsalc¿rcirrres .

.. "

-.-.

'rr_'i'¡ir'¡fu¡

r

272

Capítulo13 lProcesosde fundiciónclemetales

p()rrevestitttienttl fun
PERMANENTE cleun es la necesiclacl económicade cualquierade los procesoscon molcleclesechable La desventaja nuevo molde para cada fundición. En la fundición con molde permanente,el molde se reutiliza tratándolaconrotln la fundiciónen molde pernranente, muchasveces,En estasecciónanalizaremos ctt l,a ftlrldicit'rlt procesobásicoclelgrupocleprocesosque utilizanmoldesntetiilicosl'etltilizahles. dadosy la fundición centrífugason otros procesosdel grupo.

Sección13.3 lProcesosclefundiciónen molde permanente

273

s á s i c o se n m o l d e p e r m a n e n t e 1 3 . 3 . 1P r o c e s o b Lir.fitndit.ititten nrulclepennanente usaun molde metálico construidoen dos seccionesque están diseñadaspar¿lcerrar y abrir con precisióny facilidad. Los moldes se hacencomúnmentede acero o hierro funclido.La cavidacljunto con el sistemade vaciado se forman por maquinadoen las dos r¡itades del nlol¿e a fin de lograr una alta precisióndimensionaly un buen acabadosuperficial.Los en molde permanenteson: aluminio,magnesio,aleacionesde I¡etalesque sc fulrrle¡ cortrúnlnente cotrrey ¡ierre f'undiclo.Sin elnbargo,el hierro fundido requiereuna alta temperaturade vaciado, oC a 1500oC), lo cual acortasignificativamente la vida del molde.Las 2309 "F ¿r2700 "F ( 1250 de de vaciado¡rarael ncero,ltaceninapropiadoel uso moldespermanentes ¡liis ¿rllas tcrrr¡lcr¡t¡r'¿rs paraestentetal,a nlelrosque se ltaganen moldesde materialrefractario. E¡ este procesoes posible usar corazonespara formar las superficiesinterioresdel producto pueclenser metálicos,pero su fornta debe permitir la remoción de la tle f'¡¡tlici(l¡. Los cor¿tzones f1¡¡{is:i(r¡.o tlebe¡ ser mecánicamentedesmontablespara permitir esta operación.Si la remoción del curaz(¡rl¡etálico es difícil o imposiblese puedenusarcorazonesde arena,en estecasoel procresofle f ¡nrlicirin es frecuentenrentellamadofundición en molde semipermanente.

F l ( ; t - J R AI ] . 1 0 p ¡ s 6 s e ¡ l a f u n c l i c i r i ne n m o l d e p e r m a n e n t e :( 1 ) e l m o l d e s e p r e c a l i e n t ay s e r e c u b r e ; r 2 ) s e i . s e r l a n l o s < g r a z o n e s( e n s t r c a s o ) y s e c i e r r a e l m o l d e ; ( 3 ) e l m e t a l f u n d i d o s e v a c í a e n e l m o l d e (5). t ' ( 4 ) e l m o l d e s e a b r e . L a p a r t e t e r m i n a d a s e m u e s t r ae n Sección móvil del molde Cilindrohidráulico para abrir y cerrar el molde

Sección estacionaria del molde

Boquilla rociadora

(1)

( 5)

.*,.flfl

274

de metales de fundición 13 lProcesos Capítufo se describenen la figura l3'10' perrnanente Los pasosen el procesode fundicióncon molde se rocía la cavidadcon uno o más recut Los moldes se precalientanprimero para prepararlos,I vaciacloy de la ca facilitaet Ru¡oOelmetai a travésdel sistemade mientos.El precalentamiento y a lubricarla superficieclelmolde parasepa dad. Los recubrimientosayudana disiparel calor el metal,el rnoldese abrey se remtrevela f'un fácilmentela fundición.Tan pronto como solidifica no se retraen,así cluedet los moldespermanentes ción. A diferenciade los moldesdesechables, a fin cleprevenirel desarrolloclegrit abrirseantesde que ocurrala contracciónpor enfriamiento en la fundición. incluyenbuelt acabadode la superficiey Las ventajasde la fundiciónen molde perrnanente la solidificaciónmás rápidacausi centrol dimensionalestrecho,como ya se mencionó.Aclemás, esta l'ornrapuedenproduci por el molde metálico generaunu .itructura cle grano más fino, de a nletalesde baJoptrnt
1 3 . 3 . 2 V a r i a n t e sd e l a f r ¡ n d i c i ó ne n m o l c i ep e r m a n e n t e Ésttlsirlclttyctl molclepernranente. Variosprocesosde fundición son similaresal métoclobásicocle al vacío. pefrnanente fundiciónhueca,fundición a baja presióny fundiciónen molde pennanenteen el cual se Fundición hueca La fundición huer'aes un procesode molcle parcialmenteen la superforma un huecoal invertir el molcle,despuésque el metal ha solidificado erl las pitrcdcs empiez.a ficie del molde,drenandoasí el metal líquiclodel centro.La sulidil'icitciórl (secf'undición la cle la parte nleclia relativamentefrías del molde y progresacon el tiempo hacia antesde clrenal"l-a fundición I 2.3.1).El espesordel .ur.o secontrolapor el tiernpoque transcurre jrrguetes prtrtirde nletalesde bajo a de lámparasy pedestales ción huecase usaparahacerestatuas, es la aparienciaextepunto de fusión como plomo, zincy "rtuño. En estosartículoslo irnportante son relevantes' iior, p.ro la resistenciay la geometríainteriorde la fundición no biisict)y clt pernlatlerlte Fundición a baja presión En el procesode fundicióncortnlolcle I:ll l¿r del ¡noldces c¿lusiultl ¡rot'lit grttvc:dild' la fundiciónhueca,el flujo de ntetalen la caviclacl aproxitln¿r ¿l cavitlad la ¡rresitilt se introducecle¡ltrode funclicióna baja presión,el metal líquiclo (luc lrlci¿titrl'iba l'lrrye rrtctrtl cl nrarrera rle abajo, clesde aplilada mada de t5 lb/p;lg2 (0.1 Mp¿), es (ltlese vaciatlotr¿tdicitlltal como se ilustra.n lu figura l3.l l. La ventaiacleestelllétoclosobrcel l t l g ¿ l l ' t luc l l l t l c t i t lt ¡ t t cl t i t s i t k l i n t r o c l u ceen e l m o l d eu n m e t a ll i n r p i oc l e s d ce l c e n t n lt l e l c r i s o l ,e r t ltor producid¿r ¡lot'cl gitsy los tlcl'ccttlsgettet'itdos expuestoal aire. Lo anteriorreduceta porosiclacl ltreciinicits' la oxiclación,y se mejor¿tnlits ¡'rro¡rieclittlcs pcrnwnenteul vucío Fundición con molde permanente al vacío LaJirndicióncon t¡tolde a bajapresión (no confundircon el moldeoal vacío;sección 13.2.2)es una variantede la funclicitirr rnolcle.l-a configuración en la cual se usa vacío para introclucirel rnetalfunclicloen la cavicladdel cliferenciaes que se generaldel procesoes similar a la operaciónde fundición a baja presión.La la cavitlad,en lugar de usa la presiónreclucidadel vacío en el molclepara atraerel metal líc¡uidoa abaJo.'Losbelteficiosde la téctticaal vacío,en forzarlopor ¡na presiónpositivade aire clescle y ltls el'ectosrelarelacióncon la fun¿iciOna baja presión,son que se reclucela porositladdel aire cionados,obteniendouna rnayorresistenciaclelproclttctode fundiciti¡t.

Sección13.3 ll'rocesosde fundiciónen molde permanente

r

+

275

+

i l l

Tubo refractario

Secciónsuperior retráctildel molde

Seccióninferior del molde Metalfundido

Cámara hermética

Presiónde aire

Cuchara de colada

a baj a presi ón.E l di agramamuestracómo se usal a presi ónde air e F l c u R A 1 3 .1 1 F u n cl i ci ón de l a cucharáde col ada,haci al a cavi daddel mo lde'La ¡ra rafo rz a re l m e ta lfu ndi cl o,cl eÁ tro h astaque sol i di fi cal a fundi ci ón. s e n ra n ti e n e p re s i i rrr

en clados 13.3.3 Fundición el cual se inyectael t,n dtttloses un procesocle fundición en nlolde permanenteen r,ir.lirrttlit,ititt a 50 000 del molde a alta presión.Las presionestípicasson de I 000 nreralf'u.tlid.,en la caviclacl el molde posteriormente, Itri¡rulgr(7 ¿r350 Mpa). La presiónse mantienedurantela solidificación; fundición se llamandados,de aquí el se aSrepar.arenloverla pieza.Los moldesen la operaciónde al metal dentro de la cavidad del '.r'bre tle funcliciónen clados.E,l uso de alta pr.rión para forzar de molde nlás notableque tlistinguea esteprocesode otrosen la categoría tl¿rtl,cs la c.r-aclerística ¡rcnttitttcttte.

especiales(véaseNota [-as.'eraciones clefundición en dadosse llevan a cabo en máquinas clefundición en dadosestándiseñadaspara mantenerun t.l.z). Las rnáquinasrnoclernas Itistót.it,tt cerradas,mientrasel metal fundido percierre precis' de las closmitadesclelmolde y mantenerlas generalse muestraen la figura 13'12' 'rÍrrece a presióllclentrocle la caviclacl.La configuración fría)' en dados(cámara de fundición cleunamáquina general 1.J.12confi¡;uración FIGURA Mitad móvil del dado Placa móvil

Mecanismoarticulado C i l i n d r od e . cierre de dados

Barras guía (4)

Mitad fija del dado Placa frontal

276

Capí t ulo13 lP ro c e s odse fu n d i c i ó ne n me ta l e s

calienteY 2) de l) de cíutr¿tra Existendos tipos principalesde máquinasde fundición en clados: raclicanen la forma ell qtle se inyectael nretala la cavid¿ttl. cámarafría;suscliferencias {

Nota hlstórlca 13.2 endados defundición Mdquinas

i:ii:ffiiiii

lr l < l ef t¡l¡ clicit 'rer i :,.{ ::i ime i * i :d ra o o scl el si gl o xrx se ori gi naron l as rnotl erl tasttrác¡tti ¡tas c l e l a c ,sr e c i e t r l e s d a c l o s ,l a s r a l c e sd e s u i n v e n c i ó ne s t á n e n l a s n e c e s i < l a < l e c, a c l ¿v¡e e t l l á s g r a r r t l ey l e l . r a d a p o b l a c i ó n u n a a p a r a s a t i s f a c e r e d i t o r i a l , industria p o r O M e r g e n t h a l e re n l a s á v i d a d e l e c t u r a .E l l i n o t i p o , i n v e n t a d oy c l e s a r r o l l a d o l e ú l t i m a s c l é c a c l adse l s i g l o x t x , e s u n a m á q t r i r r aq t t e [ ) r r x l u ( ' (l ]i ¡ r o s r ' l ei t n ¡ r r e l r t t S ( ) C c t l c rCd e t t ¡ > r r s l i l t e a u t t a p o r q u e f u l r c l e f u n d i c i ó n d e q u e m á q u i n a es una dice d e i n r ¡ l r e n t a. p r e p a r a c i ó n d e l a s l a p a r a e n p l o m o u s a r s e ¡tlacas t e r e sa p a r t i r d e r l e t i ¡ r o s p r o c l r ¡ c e l i t t e ¿ u n ¿ ¡ q u e r n á q u i n a l a E l n o m b r e l i n o t i p o d e r i v ad e l h e c h o d u r a n t e c a d a c i c l o d e o p e r a c i ó n .L a m á q u i n a s e u s ó ¡ t r t r¡ t r i t t t e r av e z c ( ) l ' el x i t t r c o m e r c i a le n l a c i u d a d d e N u e v a Y o r k p o r e l d i a r i o T l v l ' r i h u n ¿ e n1 8 8 ó E l l i n o t i p o d e m o s t r ó l a f a c t i b i l i d a dd e l a s m á q u i n a sr j e f u r r d i c i ó nt r e c a t l i z a c l a p L a r i m e r a m á q u i n a c l e f u n d i c i ó ne n d a d o s l a ¡ r a t e r i t i il l . D o e ' l t l e r e nl ( ) 0 5( e s t ¿ l ) ( ' l ' . t rl ( ) o 7 , í m á q u i n as e e x h i b ee n e l I n s t i t r ¡ t oS m i t l r s o n i ¿ r neon W ¿ t s l l i t t g l o t i ) l a p r i n t e r ar n á c l u i n ad e f u ¡ r d i c i t i rel t t t l . ¡ t l o st ¡ t t e t t t i l i z ¿ [ l .er l - lesarrolló ' - -"eg- n ' -e ' rc ii -U W

,,^^* ^ A^ ^4,-ór^ n oe r nr od r l ru r rraa nn l ¿t' le al a l ))rri ti ltl letre a rC C M urf f¡drirad l ial at tl e¡rer ar r aM i s e n od e c á m a r ac^ aal ilai rer rna t eQS. oe rur csÁó rp- rrririm I1 d gases y contra máscaras partesparabinoculares ! putu fundir

En las máquinasde cámaracaliente,el metal se funcleen un recipienteadhericloa la máquina tlc iltyet'citi¡lsoll tle L,as¡lrcsioncstí¡rictrs y se inyectaen el daclousandoun pistónclealta ¡rresirin. I 000 a 5 000 lb/pulg2(7 a 35 MPa). La flnclició¡rse resunreen l¿rI'igura13.13.Sortvelocicl¿tdes de producciónde hasta 500 partespor hora. La fundicitin en ditdosctllt c¿ittl¿tr¿t características calienteimpone una dificultadespecialen el sistemade inyección.porqrlegran pilrtc de diclto sisdel procesoqttedanlitemaquedasumergidoen el metalfundiclo.Por esacausa,las aplicaciotles mitadasa metalesde bajo punto de fusión que no atacanquíltticaltlellteal ¡risttiny a otroscol'tlpovccesal nlitgnesit'r. Estosmetalesincluyenal zinc, al estaño,al plorttoy itlgttrl¿ts nentesmecánicos. de ull En las máquinasdefuncliciónen dados con cánturu.li'íu,el nretallirllclitltl¡rrocecletlte pitra inyectitr ttrl y se [lsil calelttitr sin ¡ristón contenedorexternopara colar,se vacíaen una cámara ell cslitstttiit¡ttiltits tls¿tdils rle inyecciti¡t presiones Las clado. clel caviclacl la presión en a alta metal el ert l¿t se(rx¡rlica de 2 000 a 20 000 lb/pulg2(14 a 140MPa).Bl cicl()tlc ¡rroduccitin van típicamente calieltle, de c¿illlitl'lt rttítc¡ttirtas l¿ts figura 13.14.La velocidaddel ciclo no es tan rápiclacon respectoa lít¡uiclodesdettnafttenteextel'clebidoa quees necesariauna cucharade colaclaparavaciarel nret¿rl ()l)ct'itcititr Lirs tlc ¿tll¿t un¿t es ¡tt'tt
de fundiciónen molde permanente Sección 13.3 lProcesos

Mitad móv[ del dado Pernos expulsorel

Cavidad

277

Mitad fija del dado Boquilla

Cuellode ganso

'

Émbolo -

Crisol Cámara

(1)

v F

(4)

(3)

f l u y ee n l a . c á m a cr ao ne l d a d o enn c á m a rcaa r i e n t(e1: ) e rm e t a l f r n c r i c i ó r a c r e c i c r o r a fluirhaciael dado' ,(;[rtA r].r ru"rruri retar de racámara t)iJ émboro (rr'rrrr, revanta¿r, el émbolo'seabre er <.r,rr¡rr, 1 vl,ir" levanta soridificación, ra y ;ñ;;rento cruranre.;í r.,*r.riercr.ra¡rresión t'Ic|.rt|tlvseexpulsala¡lartesolidificada.LaparteterminadaSemuestraen(4).

los orificiosson gasesde la.cavidad'Aun cuando y los aire el evacuar tle rostratlospara sc.¡r^r..citi. pero éstedebe quitarsedespués' c.rr er rretal ¿urur',tJla inyección, ilerra, penetra se [r.sr.rrc ¡rctlrreñ's. el metal líquicloa alta presión .farrrrii,,cs cor.ú* r¿rf.r.rnaci(rlrrerernbos.n tugo,.sdán.e los corazonesy de en los clarosalrededorde o separa.i?n de pra'o crel junto con el bebederoy el sistema entrer.s pet¡ueñ.sespacios recortarsede la fundición clebe rebaba La r.s per.rrrsexpulsrr.r. de producción;2) son rle vitciado. daclosincruyen:l) altas.veloci.ades en fru*rició, la del orden tre 'errr¿r.jus estrechas' L.¿ts 3) son posiblestolerancias produ..ioí, cre grancles son posl' 5) ec.'rirlicas paravorúr'enes 4) buen acabadode la superficie; p,equeñas; parres e. rnr') rápidoproporrre t 0.(x)3purg (t 0.076 rnm) y 6) el enfriamieirto to.os ull?:p-ig pro'asrir cerc^ Las limitacionesde este :t. trrcssccci..e.strclgarlas resistencia' uurna pequeñr f cletamaño de las piezas'La geometría ci..^ a ra 'u.rrició. grarros la ástricción en la fonna ,ln ,no,r.iu, qu. ceso. ¿*rer.hsrrc l.s 'retales clela cavidaddel dado' tlebeser tal qu. pu.áa renloverse rle la pirr.te

( 1 ' 3 . 3 . 4 [ - t t l r c l i c - i í r rerl r t r í f u l g a

c a r a c t fundido e r i z a den o slas poruti se ref i ere a v a r i o s m é t o c l o s c l e f u n c l i c i ó nel [.¿ rl ' trrl tl i c i (l l ct c l ttríftrg a tt'lt'fn'ga distribuya metal f'uerz¿t la c¡uc vcl oci tl acl ¡ri tt' a rtto l tl c t¡trc g i l a a a l ti t --"

278

de fundiciónde metales capítuto13 / Procesos Mitad móvil del dado

Mitad fija del dado

Cuchara Pernos expulsores

F .<-

Cavidad

Cámarafría

v

<(3) tt¡tl cl tl.¡rlt¡ F I C U R A 1 3 . 1 4 C i c l o d e l a f u n d i c i ó ne n c á m a r . rf r í a :( 1 ) s e v a r : í ae l n t c t . t le n l . t t . i l l l , l l . l la presión rlurallte cerrado y el pisón retraído; (2) el pisón fuerza al metal a fluir en el dado, nratttenietr
regionesexterioresde la cavidaddel dado.El grupo incluye: I ) fundicióncentrífugareal,2) funclia y 3) fundición centrifugadao centrifugado. ción semicentrífug Fundición centrífuga real En la fundicióncentrífugareal,el ntetaltlrlditlo se vacíaen un molde que estágirandoparaprocluciruna parfetubular.Ejernplosde parteshechaspor esteproceso incluyentubos,caños,manguitosy anillos.Estemétodose ilttstraen l¿tfigtrra 13.l-5.lll nlet¿rl zlt ctt l.¿rntlitciólttlcl lltoltlecltt¡rie horizo¡lt¿tl. se vacíaen el extremode un molderot¿ltor¡o funcliclo (ltle irrlpttlsattal cenlrífugas del vaciaclo.La alta velocidadgenerafilerz.¿ts algunoscasosclespués del molde. Por telnto,la fonna extericlrclela fbndiciólt¡ruetle metal a tomar la forma de la caviclacl l¿¡filrltt¡rintcriortlc l¿rfilltrlicitln ofr¿¡.Sin enrb¡trgo, octagonal,hexagonalo crrak¡uier ser recloncla, clt e s p c ¡ f c c t a l l r c ¡ r l c r c t l o ¡ r d a ( a l l r r c r r t l s l c t i l ' i c ¿ u t r c r r l c ) ,t l u l l i t l o ¿ t l l s i l t t c { l ' i ¿ tl ' i t t l i ¿ t lt l c l i t s l i l c l ' z ¿ ¡ s

juego. La orientacióndel eje clerotaciónclelmolde puedeser horizontalo vertical,pero estaúltise calctll¿tl¿tvelocidadtle ma es la más comúln.Paraque el procesolrabajesatisfactorianrettle

F I C U R A1 3 . 1 5 de la D i sp o s ic ión fundicióncentrífuga re a l .

Rodillolibre

, l --fÉ-

< -- Depósito de vaciado

I Rodillomotor Vista de frente

Vista lateral

en moldepermanente 279 rlefundición Sección13.1lProcesos por la r,taci(xr rleI r¡olde en la furulición centrífugahorizontal. La fuerzacentrífugaestádefinida ecuacirin: rnu2 (r3.2) F R I ; = f v e r z a e n l b ( N ) ; r r = r i l o s o ,l b m ( k g . ) ; v = v e l o c i d a d , p i e / s e(8m / s ) y R = r a d i o i n t e - r i o r clontle = dadaen librasy I = rfel ,roltfe. pie (nr). l.a fuerzaclegravedades su pesoW nIB,dondeW está diviiír¡ tlc lu ¡lr¡vctlad(32.2 ¡ii./*"ut). ljt l¿rctor-CGIt es la relaciórlde fuerzacentrffuga irccfcr-¡re rlicla¡rorcl ¡rcso t)z mu2 I?

GF' -

W

llrtt¡4

Rg

(r3.3)

= velocidad rotacional L¿rvelociclatll puecleexpresarsecomo 2nRN I 60 fiRN I 30, donde N rev/nlilr.Al sustittlirestaexpresiólten la ecuación(13'3) obtenemos

GF' _

R(#)'

(r3.4)

I

rnatenláticopara despejarla velocidadrotacionalN y usandoel diámetroD en Co' ,rr reur-r.cglo lugartlel radio.tenenlos

30 /A, Y - ; U [zscr D

(13.5)

bajo en la fundiciÓn D = tliánretrointerior del molde,pies (m). Si el factor-G es demasiado cloncfe la no quedarápegadoa la pareddel molde durantela mitad superiorde centríf.ga.el metal líc¡uiclo l'll,ruerí,"rlelrtrorle la cavidad.ocurrell tleslizamientos entreel metalfundique rrt¿rcir.crrl.r.sin() del metal es menorque la del do v la paredclelrnolcle,lo cual significaque la velocicladrotacional los valore.sde Glr = 60 a 80 son apropiadospara la fundición centrífuga rrr.frfc.Ilrrrpíricanre¡te. cierlo ¡luntoclelrltetalque se f'unde[2J' hast¿r estotle¡rcnclc lr'rizprrtlrl.ur¡rr¡rrc

Ejemplo 13.2 Velocidadde rotación en la fundición centrífugareal para hacerseccionesde tubo de Se realizarii¡¡¿r operaciónde fundicióncentrífugareal horizontal = interno= 9 pulg' y cobre ,Je l2pulgaias de longitud con un diámetroexterno l0 pulg diámetro clerotaciónse requiere,si se usa un factor-Gde 65 parafundir la tubería? ¿,euévelociciacl = 10.0pulg = 0'833 Sofución: El tliírnretrointernoclelrnolcle D = diámetroexternode la fundición (13'5) como pies. p.tlcr¡ss calcularla velocidaclrotacionalrequeridapor medio de la ecuación sigue: N -

39 /(

2 x 3 2 . 2 x 6 5:. 676.9rev/min 0.833

causaque el efectoclela gravedadque actúaen el metal líquido vet-ti,rrl E,nla .fttrttlicitirtcetttt-ílitgu que en la partesuperior'El perfil interitlrdela lu ¡,rr.crltlc l. l.rclici(r' scarrírsg'uesaer la basá de la partesuperiory del fbndo un¿rfor.nropur.t-lica. La cliferenciaentreel radio Iu.tliciti, r.rrrar-ír tle rtltacióncOmOsigue: cot'lla velociclacl se relacit)ntt

( r3.6)

280

Capítufo'13/Procesosde fundiciónde metales

donde L = longituclvertical de la lundicitin, pies (nr); ll, = r'¿rlioi¡tterrtodc la parte superiol de la fundición,pies (m); y Ru = radio interior en el fonclode la funclición,pies (m). Se puecleusar la ecuación(13.6) paradeterminarla velocidadrotacionalrequeridapara la fundición centrífuga vertical,dadaslas especificaciones de los radios internosen la partesuperiory en el fbndo. De la fórmula se desprendeque para igualara R, y a Rt, la velocidadde rotaciónN tendríaque ser infinita, lo cual desdeluego es imposible.En la prácticaes convenienteque la longitudde las partes hechaspor fundicióncentrífugaverticalno excedade dos vecessu diárnetro.Esto es satisfactorio para bujes y otras partesque tengandiámetrosgrandesen relacióncon sus longitudes,es¡rccialmentesi se va a usarel maquinadoparadimensionarcon precisiónel diámetrointerior. Lsn fundisione¡ hechs¡ por fundición centrífuga real se caracterizanpor su alta clensiclacl, especialmenteen las regionesexternasde la pieza, dontle F es más grancle.La contracciónpor solidificaciónen el exteriordel tubo fundido no es de consideración, debido a que la fuerzacentrífugarelocalizacontinuamente el metal fundido hacia la pareddel nlolcledurantela congelación. Cualquierimpurezaen la fundición tiende a ubicarseen la pared internay puedeeliminarsenlediantemaquinadosi es necesario.

Fundición semicentrífuga En estemétodose usa la luerz¿r centrítirgaparitproducirfirntlicionessólidasen lugar de partestubulares,como se rnuesfraen la t'igura13.6.La velocidadtJe rotación se ajustageneralmentepara un factor-G alredeclordc 1.5,y los ntoldes sc diseñ¿ur con mazarotasque alimentenmetal fundido desdeel centro [21.La densiclacl dcl metal en la tundición final es más grandeen la secciónextemaque en el centrode rotación.El procesose usa t'recuentementepara producirfundicionesen las que se elimina el centronrediantemaquinado,excluyendo así la porción de más baja calidad.Los volantesy las poleasson ejernplosde flnclicionesque puedenhacersepor esteproceso.Se usanfrecuentemente moldesconsrunibles o desechables en la fundiciónsemicentrífuga, como sugierenuestrailustracióndel proceso.

Fundición centrifugada En la fundicióncentrifugada(figura 13.17)el molclese diseña con cavidadesparcialeslocalizadaslejos del eje de rotación,clenlaneraque la fuerzacentrífuga distribuyala colada del metal entre estascavidades.El procesose usa para partespequeñas,la simetríaradialde la parteno es un requerimiento como en los otnrsdos nlétodosde fundicitincentrífuga.

F I C U R A1 3 . 1 6 F u n d i c i ó n semicentrífuga. Dépositode vaciado

Caja ------_--> del molde

Semimoldesuperior Fundición S emi mol dei nferi or

Tornamesa

Sección13.4 lPrácticade la fundicíón

2B.'/,

Puertacentral Canalde alimentación

¡) (a)

(b)

haceque el metalfl uya a fuerzacentrífuga f,l c L j R A1 3 .1 7 (a )F u n d i c i óncentri fugaclla: ¿ rl ¡s r a v i rl a rl erl:se l m g l c l el e i osdel ej e de rotaci óny (b) l a fundi ci ón'

A E L A F UN D I C I O N 1 3 . 4 P R A C T I CD para poder En tocloslos procesoscle fundición, clebecalentarseel metal hasta el estadofundido sección se esta vaciar¡r e¡ cl ¡rolcle. El calentamientoy la fusión se realizan en hornos. En vaciado los tipos de hornos que se usan en los talleresde fundición y las prácticasde analiz,arán para tr¡nsferirel metal fundido del horno al molcle.

13. 4 . 1 H o r n o s fundición son: l) Los ti¡los cle horros que se empleancon mayor frecuenciaen los talleresde y l oi sl i r c g od i r e c t o , 3 )h o r n o sd e c r i s o l , 4 )h o r n o sd e a r c oe l é c t r i c o 5 ) c r S i l r l c s . 2 ) l r e r r r gcs¿ r l c ¡ t ¿ r t ¿ como tales factores de h.''s clci¡rl¡cció¡. La seleccióndel tipo rnásapropiadode horno depende del horno; la aleació' de funclición,su temperaturade fusión y de vaciado,la capacidadnecesaria contamila a relativos aspectos los como los costoscleinversión,operaciány mantenimiento,así naci(rtarnbient¿rl. de sanCubilotes Un cubilote es un horno cilíndrico vertipal equipadocon un bebedero funhierro de grado cerca¿e su base.Aunque tambiénse utilizan otros hornos,el mayor tonelaje hierro.La construcdido se procesaen cubilotes,pueséstosse usansolamentepara fundición de 13.18.Consisteen figura la cleoperacióndel cubilotese ilustranen ción generaly características por gran(lede plancha de acero revestidricorr refractsrio, Ln cnrgn cltó conrtituldn una c¿lrcaz.a locapuerta cargana travésde una hierro, coque,fundentey otros elementosde aleaciónque se anabio y chatarra(incluyendo lizadaa rnita,Jde la altura. El hierro es normalmenteuna mezcla de de fundicionesprecanalesde alirnentacióny vertederossolidificadosprocedentes las nrazarotas, de las aberturascercadel vias).El coqueconstituyeel cornbustibleparacalentarel horno.A través coque.El fundentees cal, comfonclode la carcasase introcluceaire forzacloparala combustióndel La con la cenizadecoque y otras impurezaspara formar escoria' puestoalcali¡e c¡uer.eaccriona cudel interior atmósfera con la escoriasirve ¡raracubr.irla fundición,protegiéndolade reaccionar se producela fusión del calienta, se lamezcla bilote y reduciendolas pérdidasde calor. Cuando para suministrarel metal líquido listo parael vaciado' ¡ierro, el hgr¡. se sangra¡reri(lclicanlente a fuego directo contiene un Hornos calentados a fuego directo un horno calentado rnedianteun quemadorque se localizaa pequeñohogarabiertcldonde," .uli.nta la cargade metal

282

de fundiciónde metales Capítulol3 / Procesos

Exterior

Piso de carga - Carcasade acero

Revestimientorefractario Carga Ventilador

Caja de vienlo

Escoria

Metalfundidolisto para el sangrado

/"

Pasador(taPón)

de escariado Canaleta Fondode arena Soportes#

>

--

Canaletade vaciado

¡l et¡t r eñt r de hi erro.E stehr¡rnoes tÍpi ro l )ar¿tl rl t¿rl l t:r F l c u R A 1 3 .1 8 C u b i l o tep arafuncl i ci ón (' l l Lt ll (l rl esc rec¡tti ere cl e enl i si r¡l l es control cJe si sterl a cl el cl etal l es l o s o m i te n s e d e fu n d i c i ó n , cubilotemoderno. l¿tl'llt lt t it r' cl ' l c , iir lt t kr tl e ci tl cl l l ¿tl tti e¡tl o, u n l a c l od e l h o rn ' . Il l te c l ro ¿cl l rorrrocontri buye ¿rl ¿racci ri n colt ¡ bt t st it llt l os ¡l trrtl ttctostl c lit h a c i a a b a j o c o n tra l a c a rg a . El combusti bl e rípi co cs el gus natrrri tl , ltay ttrl oril'icitl de colaclilt¡uc dcja salen del horno a través cle una chimenea. En el tbnclo tlel hogar us¿tllgeneralrnelltepara fundir lttesalir el metal fundido. Los hornos calentados a fuego clirecto se ta l e s n o f' e rro s o sc o mo a l e a ci ol l esde crl trl " ey al ttnti rti tt' conti tcl r¡i lir ect o con los H o rn o s d e c ri s o l En estos hornos se funde el metal , si n el rtraren t' ttl n l l anrarral grul ts vcccs l tttt' tttt.¡ rttl tttl tt' s' it ulit 't '( 'l( t t t t ( t t l( ' g a s e s tl e c o n l b u s ti ó n . Po r e sl a r¿rz.ti se l i rntl i ci ti ¡r:(a) ti ¡l o cl ' ist ll lllt ivil, ( b) H a y tre s ti p o s d e h o rn o s d e cri sol que se usa¡ren l os tatl erescl e e r l l ¿ tf i g u r a 1 3 . 1 9 .U l i l i z i t r t t t ¡ l e s t a c i o n a r i oo f i j o y ( c ) b a s c u l a n t éo i n c l i n a b l e ,t o c l o ss e i l u s f r ¿ u l (Jrttre.i errtpl cll ,l tez.cladc ilr cillit y re c i p i e n te (c ri s o l ) h e c h o c l e un m¿rteri alrel ' ractari oapropi url o E l l el l tttt' tttttl t' ct 'ist ¡ l t t t t ivil, cl g ra fi to ) o a c e ro a l e a c l oc l e a l ta temperatur¿lpara conl ener l i t ci trgi t. para ftrndi r l a ca r ga nlet álica' c ri s o l s e c o l o c a e n u n h o rn o que usa acei te,gas o carbón pul veri zatl o (' otl l o ctl cl t¿tr¿t tl c col ¿t t l¿tl'
de la fundición Sección 13.4 lPráctica

283


Combust 4 rel="nofollow">

.+

Combustible

Combustible

-[Revestimientorefractario

Bloquede soPorte

(c) (b)

(a)

F l ( l u R AI ] . l e o tle volteo.

y (c) crisoltrasculante (a)cris'r móvir,(rr)crisorestacionario crisor: rre rr.rl, tre Tresti¡rc-rs integrado tienen un (pot furnace) conquemador crisol con quealgunas veces !o.rr-:d.e pn el hoíno de crisol estacionario tlos tipos rlarnados ;;g;;;or. cucharea y un recipient" y el metal fundido se lrrrr.. rre c¿rrerrrar.ienro er-horno es estacionario (.stationa,y'po, ft)rnace),, o (tilting-potfurnace)' integrad 'rad'r irrtcgrad. basculanteconqut'outlor

no"decrisor usanparameErrel lio',: Los hornosde crisolse ftreraderrecipiente. tu'gu' la vaciar para puedeincrinar y de aluminio'Las capacidades el crispositiv'enterose aleacione'l;;"t tu, y latón er .t i'.on.r, talesno ferrososcomo cleloshornosselimitangeneralmenteavarioscientosdelibras.

figura (véase electrodos H o r n o s d e a r c o e | é c t r i c o E n e sconfiguraciones t e , t p : 1 . , . : ? : : ,con l a cdos a r goa tres sefu ndepore lcalorgenerad varias altas cre para dispone en u' arcoeléctric'.Se arcoeléctricopuedendiseñarse de nJrnos io, p"rá j.g).Er consunroclepotenciaesalto, parafundiciónde acero' ," urunprincipalmente tonÍrrl v a50 (25 capacidaj;;¡. fusión alternaa travésde unabobina corriente usa inducción de un horno causaun rápido Hornos de inducción resultadoclela corrienteinducida un hornode el r*t, ".n de ,r,ngnJti.o :r qre genera'' c¿rmpo ilustranlascaracterísticas ra 13.7.0se r;figu En metar. unaacción provoca fusiór?i"i la y c¿rre.ranrie.to fuerza electromagnética de ;r';;*po ¿" fundición. directoconningúneleirrducci'l paraoperacro,r", m"tutno estáen contacto i Además,;;;;; líquiclo. lugarla fusión' tle r'ezcrarloenel metal "l ambientedondetiene cuicladosum"nt" casi ,e pue,r.controrar de inducciónse usanpara t'o*os mentode calefacción, pvreza.l-o' ."iii"Jl parafundir es unafundilio" de alta El resulrado ,"un i*fonunt"'' sus aplicaciones ,uti¿u¿ ¿" requerimientos cuarquieraleacióncuyos en los ia'eres de fundición' y aruminio,soncomunes hierro acero, cre aleaciones cle F I G U R A1 3 ' 2 0 H o r ¡ r o i t t t l t l c t -i t i l r '

de cobre Bobinasde inducciÓn Metalfundido (las llechas indicanla acción mezcladora) Materialrefractario

-,

ilt lt

284

de fundiciónclemetales Capítulo13 I Procesos

1 3 . 4 . 2 V a c i a d o ,l i m p ie z a y t r a t a m i e n t ot é r m i c o fundición y el molde se lleva a cabo algunasveces El trasladodel metal fundido entre el horno de de varias la transferenciase realizacon cttcharasde colada utilizandocrisoles.Más frecuentemente, un vaciadoconvenienteen los moldes' En la clases.Éstasrecibenel metal del horno y permiten clecolada,una para manejargranclesvtlfigura 13.21seilustrandos tipos.o*un", de cucharas y la otra es una cucharamanual para dos perlúmenesde metal líquido urundo una grúa puente; sonasque transportany vacíancantidadespequeñas' introducirmetal oxidadoen el molde' Los Un problemaduranteel vaciado", qu"'se puede tomar mediclaspara mióxlel.s metállcosreduconla cnlidad det próducto,por lo cual es necesario Algunasvecesse usanfiltros para nimizarla entradade estosóxidosen el molde duranteel vaciado. fundentesp¿lracubrir el nreatraparlos óxidosy otrasimpurezasal vaciarel metal,tambiénse usan de coladac¡uevacíanel metal tal fundidoy retardarIa oxidación.Se han diseñadoademás,cucharas se acumulael óxido' líquido desdeel fondo, ya que en la superficiesuperiores clonde molde, ésta requieregeDespuésque la fundición ha solidificadoy se ha renrovidodel incluyen: l) recorte,2) remocióllclecorazones,3) neralmentetrabajosadicionales.Las operaciones Etl un e,4) inspección,5)reparaciónen su casoy 6) tratamientotérmico' limpiezade la superfici (lue In¿tno requieren de limpiezo tallerde fundición,los pasos¿el t) al 5) constituyenoperaciones varí¿tctxl necesitaltestastlperacitltles de obra intensivay por tantq son costosas.El gracloen que se el procesode fundicióny los metales' de alimentaciólt,nrazart-ltas, El recorr¿ involucra la remoción de los bebederos,canales metal en excesode la f'undiotro y cualquier aletas,sujetadores rebabasen el plano de separación, son relas seccionestransversales ción. En el casode fundicionesde aleacionesfrágilesy cuando separarserompiéndolos'De olr¿t lativamentepequeñas,estos apéndicesde la fundición pueden cliscosabrasivoso varios métodos forma se necesitausar martillo, cizallas,segueta,sierracinta, para corte con sopletea fin de removerlos' de los corazonesse aglutinan si se usaron corazones,éstos deben removerse.La mayoría funclicióncuando se deteriorael químicamenteo con aceitey frecuentementese desprendende la ya seamanualo mecánicamente' aglutinante.En algunoscasos,se remuevenagitandola fundición el aglutinantedel corazótr los corazonesseremuru.n disolviendoquímicamente En casosespeciales, o prensarse' quebrarse por martilleo, o bien de arena.Los corazonessólidosdebendeshacerse la ft¡ndiciórlen ¿lrella,ya que La limpieza de la superficiees más importanteen el caso de en los procesoscott molde estepasose puedeevitarenmuchosde los otrosmétodos,especialmente a la sttperficieclela fundiLa limpiezasuperfici¿linvolucra removerla arenaaclhericla perrnanente. ( . r )< r r r l l ¡ r . l l ) ¿ r . lg r r t . ry ( l r ) t - t l r - h ¡ r ' ¡ F l c u R A 1 3 . 2 1 D o s t i p o s c o m u n e s c l e c u r : h a r a sc l e c ( ) l a r 1 ¡ : para dos Personas.

Gancho para guía

Vistasuperior Pico de vaciado

Caja de engranes para el vaciado <--

Maneral de volteo

/, Mangos( .

--l*l-

ffil-

Vistafrontal (b)

de la fundición 13.5lCalidad Sección

2BS

Los métodosque se usan paralimpiar ción y de algunaforma mejorar la aparienciade la superficie. limpiezacon chorro de arenao postasde la superficieincluyenla fricción por tamborgiratorió,la nretai,el ce¡rilladgcon aire y la lirnpiezaquímica(capítulo32). la inspecciónpara detectarsu corn. los defectosson posiblesen la fundición, se necesita aspectosde calidad en la siguientesección' ¡rresencia.Co¡sicleramosestos sus propiedades,ya sea para proceLas fulrclicionesse tratan frecuentementepara mejorar las propiedadesque necesitala parte en samientossubsiguientescomo maquinado,o para proveer el servici0a qtle se destina.

mtDAD

D EL A F U N D I C I o N en una operaciónde fundición y originan Hay rru'reros¿lsco'tingencias que causandificultades recopilamosuna lista de defectoscomunesque clefectosclecalidaclen el producto.En estasección de inspecciónpara detectarlos' ocurre. err la fundició' e indicamoslos procedimientos en todos los procesosde fundición' Defectos tle la fundición Existendefectoscomunes brevementea continuación: Estosclefectosse ilustranen la figura 13.22y se describen que solidificó antesde comple(a) Llettadtt ittc,onrytleto.Estedefectoapareceen una fundición típicasincluyen: l) fluidez insuficientedel rar el lleraclode la cavidacldel molde. Las causas que se realizamuy lentamen2) muy baja temperaturade vaciado,3) vaciado rnetall'uncliclo, molde muy delgada' le 1,/04) seccióntransversalde la cavidaddel tiempo' cuandodos porcionesdel metal fluyen al mismo (b) .l utttct .fi ío. una junt a fríaaparece o enfriamientoprematuro'sus pero ¡ay una falta de fusión éntreellas debido a solidificación son similatesa las del llenadoincompleto' c¿lus¿rs (b)iuntafría' (a)llenado incompleto, en lasfundiciones: corrLrnes clefectos FlcuRA 13.)) AlgLrrr's (0 desgarramientoscalientes'

(e) microporosidad y (c) grárrul,s frí.s. (cl)caviclaclpor contracciólr,

Llenado Corazón Molde

CavidadPor contraccton

Molde

Microporosidad (tamañoexagerado)

'-¡¡slffl

286

de fundiciónde metales Capítulo13 I Procesos

(c) Metal granoso o gránulosfríos. Las salpicadurasduranteel vaciado hacenque se formen glóbulosde metafque quedanatrapadosen la fundición. Un buen diseñoclelsistemay de los puecleprevenirestedef'ecto. procedimientosde vaciadoque eviten las salpicaduras (d) Cavidad por contracción. Este defectoes una clepresiónde la superficieo un htleco interno en la fundicióndebidoa la contracciónpor solidiflcaciónque restringela cantidadde mecercade la tal fundido disponibleen la última región que solidifica.Ocurre frecuentemente se protrlema (figura El 12.7). parte superiorde la fundición, en cuyo caso se llama rechu¡te puederesolverfrecuentementepor un diseño apropiadode la mazarota' (e) Microporosidad. Se refiere a una red de pequeñoshuecosdistribuida a travésde la fundición debidaa la contraeciónpor soliclificacióncleltiltimo metal fundido en la estructttraclendebicloa la fornla prolongitdlt con las aleaciones, drítica.El defectose asociageneralmente en que ocurrela,solidificaciónen estosmetales. (0 Desgarramientd caliente. Este defecto, también llamado ogrietontiento c:ulient¿,ocurre cuandoun molde, que no cededurantelas etapasfinalesde la solidificacióno en las etapas primerasde enfriamiento,restringela contracciónde la fundición despuésde la solidificación.Este defectose rnanifiestacomo una separaciónclel ntetat(de aquí el término desgarramientoo agrietamiento)en un punto dondeexisteuna alta concentraciónde esfuerzos, En lit ftlndiciónelt del rnetalpara contraerseltaturallrlettte. causadopor la inclisponibilidad cl it¡'t'egl¿tlttltl se eslo o consurniblc, ¡rt'cvic¡tc arenay otros procesoscon molcleclesechable se reduce el dcsgamolde para hacerlo retráctil. En los procesosde molde pernt¿tnetlte tlespuéstlc la stlliillntetliataltrettte molde del funtlición rramientoen caliente,al separarla dificación. Algunosdefectosse relacionancon el uso de moldesclearen:ly, por tanto,ocurrensolanleltte en la fundición en arena.Aunque en menor grado,los otros procesosde molde desechableson también susceptiblesa estosproblemas.En la figura 13.23 se muestranalgttnosde los principales defectosque ocurrenen la fundición en arena,descritosa continuación: (a) sopladuras. Este defecto es una cavidad de gas en fbrnta de pelota causaclapor un escape de gasesdel moldeduranteel vaciado.Ocurreen la superficieclela partesuperiorclela fundiF f C U R A 1 3 . 2 3 D e f e c t o sc o m u n e s d e f u n d i c i o n e se n a r e n a : ( a ) s o ¡ t l a c l u r a s( ,b ) ¡ l t t n t o st l e . r l f i l e r , y (c) caídas de arena, (d) costras,(e) penetración, (f) corrimiento del nrolcle,(g) crlrrimiento tlel c'
Puntosde alfiler

Molde (b)

Penetration

Corrimientode semimolde superiorcon respectoal

Caídasde arena (d)

(c)

El corazón se desplaza haciaarriba

Grietadel molde

(g)

(h)

superior inferior (e )

(f)

Sección13.6lMetalesparafundición

287

pobre ventilación y el alto contenidode hurnedad ción o cercn ella. Ln bqja ¡rermenbiliclad. generales' en la arelladel rnoldeson las causas la formaciónde (b) ptrtttt.sdc alfilet: Es un clefectosimilar al de las sopladurasque involucra por debaligeramettte o nurnerosascavidadespequeñasde gasen la superficiede la fundición . i od e e l l a . (c) Caídasde at.ena.* Este defec.toprovocauna irregularidaden la superficiede la fundición, que resultade la erosióndel molde de arenaduranteel vaciado.El contornode la erosiónse itttpritneen la superficiede la fundiciónfinal. (d) Cr¡stt.tts. Son áreasrugosasen la superficiede la fundición debidasa la incrustaciónde arede la superficiedel molde que se descascaran por desprendimientos 'a y rnetal.Son causaclas c¡rra¡tela soliclificacióny queclanadheridasa la superficiede la fundición. (c) Ir(ttr,tt.ttr.iótt.Cuanclola fluidez del lnet¿rllíquicloes muy alta, éste puedepenetraren el nrolde o en el corazónde arena.Despuésde la solidificación, la superficiede la fundición presentauna mezclade granosde arenay metal. Una mejor compactacióndel molde de arena ayutlaa evitarestacondición. produc(0 Cr¡t-t.irtientoclel ntolde. Se manifiestacomo un escalónen el plano de separacióndel inferior. al respecto con lateraldel semimoldesuperior to frntliclg,causa¿opor el desplazamiento (g) Ct¡t.t.itttietúo tlcl corazón. Un movimiento similar puede sucedercon el corazón,pero el vertical.El corrimientodel corazóny del molde son causaes generalmente ¿esplazamiento {os ppr la flotacióndel metalfundido(sección13.1.3). molde es insuficiente,se puede 1lr) Mt¡ldt,trgrictudo(t,t,trus¡,rclieves). Si la resistenciadel una grietaen la que el metal líquido puedeentrarpara formar una aletaen la fundides¿rrrollar ción final. de inspecciónen la fundiciónincluyen:1) insMétodos de inspección Los procedimientos incompleto,cortesfríos y grietasseveras llenado pecciónvis¡al paradetectardefectosobvios como que estándentrode las tolerancias;y para asegurarse en la superficie:2) merticlade las climensiones con la calidadinherentedel metalfunl'ísicasy otrasrelacionadas t¡uírrricas, 3) pruchasnlcttlúr'gicns, dido [51. Las pruebasde la categoría3) incluyen: a) pruebasde presiónpara localizar fugas en la radiográficos,pntebasde partículasmagnéticas,uso de líquidospenetrantes f¡ndició¡; b) rnétoclos o internosen la fundición; paradetectardefectossuperficiales y pruebassupcrsrinicas f'l¡grcscerrtcs talescomo la resistenciaa la tensióny dureza. y c) ensaygsr¡eciinicosparadeterminarpropiedacles, Si se ¿cscul'¡'e¡¡efcctt)s,pero éstosno son serios,muchasveceses posiblesalvarla fundiciónpor que se hayanconvenidocon el cliente. solclad¡ra.esr¡erilatloy otrosnlétodosclerecuperación

P A R AF UN D I C I O N 13.6 METALES La nrayoríacle las fundicionescomercialesestánhechasde aleacionesrnás que de rnetalesptlfo3. nrásfácilesde fundit y las propiedadesdel productofesultanlé¡CItl [,.asalencigrre*$(]¡ ge¡]€rnlmente fttro*tl, f-ll fu' nrejrxc*. L,nx.;rletl:ione* dc fr¡n{tieión pw¡$en gtn*lfteiric cft t) fcffom¡ cl }) no fundido* y occroi ,rorofi se subdiviclenen hierros fundidor fundido El hierro fundido es la más importanAleaciones ferrosas de fundición: hierro de (véaseNota histórica 13.3).El tonelajede fundiciones te cletodasrasaleacionesclefu^dición tipos los otros metalescombinados'Existen varios hierro es varias vecesrnayorque er de todos blanca)' hierro nodular, 3) hierro blanco (fundición rle ',.rrrliciti. tle ¡ierro: l) ¡ierro gris, 2) típicas de hierro (sección7'2'4)' Las temperaturas 4) hierro nrareabley 5) funclicionesclealeación "F (1400 "c)' dependiendode la alrededorde los 2500 cle vaciado para hierros funcliclosestán corttposiciíltt.

y se denomina [Nota del R' T'] *F.n la pitrte inl'erior tlel rnoltle esle defecto tanlbién aparece

!

2BB

Capftufo13 lProcesosde fundiciónde metales

Notahistórtca 13.3

dehierro defundición antiguos Productos .iIF.'i el broncey el latórral Iierro se prefería siglosde la fundición, ,,,,;[fu:;:,n losprimeros

c l i f í c i ld e f u n d i r , d e b i d o a s u m á s f u n d i d o , c o m o m e t a l e sd e f u n d i c i ó n .E l h i e r r o e r a m á s sobre metal urgi a A demás, a rta te mp e ra tu rad e fu si ón y a ra farta de conoci mi entos empezó a cambi ar entre los h a b ía p o c a d e m a n d a de productos de hi erro P ero esto siglosxvt y xvll. ( E u r o p a )d e s d e C h i n a F ' nC h i n a , E l a r t e d e l a f u n d i c i ó ne n a r e n a l l e g ó a O c c i d e n t e 500 años. E n 1550se furldió el 2 más cl e hacía e l a e e ro s e fu n d fa e n r nol des cl e arena para esta arma se hi ci eron de cañón de p ri me r c a ñ ó n d e h i e rro en E uropa. Las bal as p r o y e c t i l e sc r e a r o nu n a g r a n d e m a n d a y hierrofundido a partirde l5ó8. Los cañones sus q u e l ) a r au s o c i v i l . D o s d e h i e r r o f u n d i d o . p e r o e s t o s a r t í c u l o se r a n m á s p a r a u s o m i l i t a r p ú b l i c o g e n e r a le n l o s p r o d u c t o sd e h i e r r o f u n d i d o q u e c o b r a r o ni m p o r t a n c i ap a r a e l paraaguadel mismo , i g l o , x v t y x v t t f u e r o n l a s e s t u f a sd e h i e r r o f u n d i d o y l o s t u b o s m e t al . hoy er r L a e s tu fad e h i e rro ,un producto que pudi era parecernostan []oco es¡l ectacular l '. t ¡ r ( ) l)y't tl tl g,c' l l l e tttttc' l l a vi rl a rl e l l ,tra , ucly mej ore.scondi ci o¡res d ía , tra i o c o m o c l i c l a clsal s g t ' o t l v i r l i t ei t l f t ¡ t t t l i t l o h i e r r t r r l e e s t u f ¿ s A m é r i c a .D u r a n t ee l s i g l o x v u l ,l a r r i a n u f a c t u rcal e t ' o tllel't'i'tl l ' l é x i t t i r : t l t t l i t l e ¡ t l e s r l c l s s á s g r a n c l e sy r e n t a b l e se n e s t o s u n a d e l a s i n c l u s t r i am y c l e s a r r o l l tol e l a l d e l a f a b r i c a c i ó nd e e s t u f a ss e d e b i ó a l a g r a n d e m a n d ad e l ¡ r r o c l u c t o ..T_'.rt,;

a rte y d e l a te c n o l o g íade l a fundi ci ón de hi erro cle la L a fu n d i c i ó nd e tu bos para agua fue otro producto que pr()pi ci óel creci mi ento h abían s e f u n d i d o , h i e r r o d e t u b o s l o s d e i n d u s t r i ad e f u n d i c i ó n .H a s t ae l a d v e n i m i e n t o h o g a r e sy a l o s a d i r e c t a n r e n t e a g u a u s a d o u n a g r a n v a r i e d a dd e m é t o d o sp a r a s u m i n i s t r a r r á p i c i a m entef c l e t e r i o r a b a t l l o s t a l l e r e s ,i n c l u y e n d ot u b o s d e m a d e r ah u e c a( l o s c u a l e ss e E l t u b o s d e p l o m o ( m u y c a r o s )y c a n a l e sa b i e r t o s( s u s c e p t i b l ecsl ec o n t a m i n a c i ó r r ) f a b r i c a rs e c c i o n e s d e s a r r o l l od e l p r o c e s od e f u n d i c i ó nd e h i e r r os u m i n i s t r ól a c a p a c i d a dd e h i e r r of u n d i d o s e d e a g u a d e t r ¡ b o s L o s b a i o . d e t u b o d e a g u aa u n c o s t o r e l a t i v a m e n t e l ) ar a los [:uropa. de otras en posteri ormente ¡l artes u s a ro n e n F ra n c i aa p arti r de 1664,y d e h i e r r of u n d i d o d e t u b o s r e d a m p l i a u n a p r i m e r o sa ñ o s d e l s i g l o x r x ,s e h a b í ai n s t a l a d o d s i g n i f i c a t i v ae p r i m e r a instalación p a r ac o n c l u c c i ó d n e a g u ay g a s e n I n g l a t e r r aL. a i mportadt-rs t u b o s u s a n c l o t u b o s p a r a a g u ae n E s t a d o sU n i d o ss e h i z o e n F i l a c l e l f iean l f l l 7 , de Inglaterra.

del acerolo hacen ntecánic¿rs Aleaciones ferrosas de fundición: acero Las propieclades y los procesosclefuncliciónsoll tantbiéntlttty un materialatractivocleingeniería(sección1.2.3),, la f'ullcliciónespecializada atractivospor su capacidadde generarformascomplejas.Sin emtrargo, considerablemenle del aceroenfrentagiandesdificultades.Primero,el punto de f'usióndel aceroes para ltls soliclificac'ión de intervalo El más alto que el de los otros metalescomunestle funclición. "C). Estosignifi"F' ( 1440 acerosde bajo carbón(véasefigura 7.4) queclaun pocoabajode'los 2800 "F los 3(XX) ca que la temperaturade vaciadorequeridaparael aceroes bastantealta, alrededol'de Sc tlxitla lliciltllclttc' es ¿tlt¿t. c¡uínlicadel ¿lcet'o la reactividacl (1650'C).A elevadastemperaturas, especialescluranlela fusión y el vaciaclopara aislar al metal así que debenusarseproceclimientos ptlbre,y esto linlifundido del aire.por otra parte,el acerofunclidotieneuna fluidez relativamente clefundiciónde acerocon secciollesdelgadas. ta el cliseñode componentes de las fundicionesde acerojustifican los esfuerzospara resolverestos Variascaracterísticas tle los meproblemas.La resistenciaa la tensiónes bastantemás alta en el aceroque en la mayorí¿r Las flncliciones talesrje fundición,éstapuedellegarhastacercade 60 000 lb/pulgt(+10 MPa) l7l. de propiedades Las ftlntlición. cle que la mayoríaclelas aleaciones de acerotienenmejor tenacidacl la ¡lrisltl¿tetl las fundicionescle acero son isotrópicas;es tlecir, su resislettciaes prácticanretlle (porejenrplo,por lamirlatltltl En ca¡lbio, las partesformaclasmecánic¿l¡-lterltc cualquierclirección.

parael diseñode productos Sección13.7lConsideraciones

2Bg

forjado) exhiben clireccionalidaden sus propiedades.El comportamientoisotrópico del material puedeser conveniente,dependiendode los requerimientosdel producto.Otra ventajade las fundiciones rle acero es que puedensoldarsefácilmente con otros componentesde acero para fabricar esfructuraso para repararlas fundiciones,sin que exista unapérdida signifi cativade su resistencia. Aleaciones no ferrosas de fundición Los metalesparafundiciónno ferrososincluyenaleacionesde alunlinio,magnesio,cobre,estaño,zinc,,níquely titanio (sección7.3).Lasaleacionesde "F ulumitti¿ son en generallas más manejables. El punto de fusión del aluminio puro es 1220 de vaciadoparalas aleacionesde aluminio son bajas (600 "C), por consiguiente,las ternperaturas cor¡paradascon las cle las fundicionesde hierro y acero.Las propiedadesque hacen atractivasa de resistenestasalcacignespara la fundiciónson: su pesoligero, su antplio rangode propiedacles Las aleamaquinado. de y facilidad cia que se puerlenobtenera travésde tratamientostérmicos su t.iottesde nru,qn¿sioson las más ligeras de todos los metales de fundición. Otras propiedades a la corrosióny altasrelacionesde resistenciay tenacidadal peso. i¡cluyen resiste¡cria que ¿e r:obreincluyenal bronce,latón y bronceal aluminio.Las propiedades l,¿tsttlt,tt¡ir¡nes Iracelratractivasa estasaleacionesson su resistenciaa la corrosión,su aparienciaatractivay sus cualidadesantifricción.El alto costodel cobrees una Iimitaciónen el uso de susaleaciones. buen¿rs conrprendenaccesoriosparatubería,aletasde propulsoresmarinos,componentes Srrsa¡rlic¿rci1¡¡ss tle brxnbasy .ioyeríaornametltal. Ef estañotieneel puntode fusiónmás bajo de los metalesde fundición.Las aleaciottesa base tle estañt)so¡ generalmentefáciles de fundir. Tienen buenaresistenciaa la corrosión,pero pobre resistencianrecítnica,lo cual limita sus aplicacionesa ollas de peltre y productossimilaresque no Las aleacionesde zinc se usancomúnmentepara fundiciónen dados.El requierenalta resistencia. zi¡c tielle Lr¡ punto cle fusión bajo y buena fluidez, propiedadesque lo hacen altamentefundible. es su baja resistenciaa la termofluencia,por tanto, sus fundicionesno pueden Su rnayor ctebiliclacl a altosesfuerzos. sujetarseprolongadamente tienen buena resistenciaen caliente y resistenciaa la corrosión, níquel Las oleario,rn, de que son adecuadaspara aplicacionesa altastemperaturas,como motoresde propulsión propiedacles co¡lpo¡entes cle colretes,escudoscontra el calor y partessimilares.Las aleacionesde a cllor-r.s. rríquefta¡rbiélrtienenun punto clefusión atto y no son fácilesde fundir. Las aleaciottesde titanio Sin embargo,el a la corrosicincon una alta relaciónde resistencia-peso. resistentes sr-nr¿rleaciones tit¿¡risligre un alt1¡trlurrkltle fusitin,lrnia l'luiclezy es tnuy propensoa oxidarsea elevadastempehacenque el titanio y susaleacionessealldifíciles de fundir. raturas.Ilstaspropieclades

1 3 . 7 C O N S I D E R A C I O NPEASR AE LD I S E N O DEPRODUCTOS p6ra rle ¡rroductosseleccionala funclicióncomo el procesoprincipalde mnnufacttrr6 si el cliseñarlor y eviten producción ciertoslineamientosque facilitenla un componertepaiticular,seránnecesarios presentanalgunos muchosde los clefectosque se enurneranen la sección13.5.Acontinuación se importantespara el diseñode fundiciones' lineanlientosy consicleraciones

y eficiente'Al fcrrmascornplejas,la sirnplificacióndel diseño propiciará una fundición fácil se simplifica la hechuradel molde,se reducela necesidad innecesarias evitar.cornpiejidades y se rnejorala resistenciade la fundición. dc utiliz¿lrcor¿lzones calientesy grietasen la fundición.Es necesario desgarramientos esfuerz.sy puedencaus¿lr rerleptlearlos ángulgsen las esquinasillterioresy suavizarlos bordesagudos'

290

Capí t uf o13 lP ro c e s odse fu n d i c i ó nd e m e ta l es

n

de Probabilidad hueco un formar por contracción

n-corazón

JL J'& (c)

(b)

F|CURA13.24(a)En|aparteSruesade|aintersecciónsepuedeformaruna la piezapara cavidadpor contracción,(b) estose puederemediarrecliseñando (c) corazón' un usando y reducirel espesor

bolEspesores de sección. Los espesoresde sección deben ser uniformes a fin de prevenir clebido la fundición, en sas de contracción. Las seccionesmás gruesascrean puntos t'alienfes

a un mayor volumen que requieremás tiempo para solidificar y ent)'iar.Éstosson lrtgares posiblesdonde se pueclenformar bolsasde contracción.La figura 13.21ilustrael problenta y ofrecealgunassolucionesposibles. Ahusamiento. Las seccionesde la piezaque se proyectandentro tlel nlolde deben tener un ahusamientoo ángulosde salida,como se define en la figura 13.25.El propósitotle este es f'acilitarla remocióndel ntodeltl ahusamientoen los moldes consumibleso desechables es ayudara renlover la ¡rarte objetivo el permanente del molde. En la fundición con molde elt sinril¿tres del molcle.Si se usancorazonessóliclos,éstosdebendotarsecon alrttsamientos requericlonecesitaser solamentede lo para fundilos procesosde fundición.El ahusamiento ción en arenay de 2o a 3o para procesoscon molde permanente. ell Uso de corezones. Puedereducirsela necesidadde usarcorazonescon cambiosnlenores el diseñode la pieza,como se muestraen la figura 13.25. Toleranciasdimensionalesy acabadosupeficial. Se puedenlograr diferenciassignificatidel proceso vas en la precisióndimensionaly en los acabadosde la fundición,dependienclo parátttetros. para estos típicos valores de que se use.La tabla 13.2muestrauna recopilación Tolerancias¿e maquinaclo. Las toleranciasque se especificanen muchosprocesosde funaplicaciollcs.L¿t funciottalestle Itluclt¿ts dición son insuficientesparacumplir las necesidacles fundición en arenaes el ejemplo más característicode esta necesidatl.En estecaso,cleben maquinarseporcionesde la fundición a las dimensionesrequeridas.Casi todas las flundicionesen arenaclebenmaquinarsetotal o parcialmentea fin de clarlesfuncionalidad.Por consiguiente,clebedejarseen la fundición materialadicional,llamadotoleranciade nraquinadtl de arena paraf'undiciones parafacilitardichaoperación.Las toleranciastípicasde mac¡uinado fluctúanentre lll6 Y l14 tle Pulg.

( ¿ )d i s e ñ t r F f G U R A 1 3 . 2 5 C a m b i o c l e c J i s e ñ op a r a e l i r n i n a r l a n e c e s i c l a cdle u s a r r t n c o r a z ó n : original y (b) rediseño.

Ahusamientoo ángulode salida

Semimolde

superior Semimolde inferior

Planode separacion (a)

l

o --*/ / A husami ento ángulode salida

Planode separación (b)

bibliográficas Referencias

291

superficiales Para diferentes

TABLA13.2To|eranciasdimensiona|estípicasyacabados pr*"rot de fundiciÓnY metales superficial Rugosidad Tolerancia T a m a ñ od e pm tpulg Pulg la parte de fundición Proceso (6-2sl 250-1000 F u n d i c i r i ne n a r e n a b Alunrinio flierro fundido

a

Aleaciones de cobre Ac-elro

Pequeño Pequeño Grande Pequeño Pequeño C rande

r0.020 t0.040 t0.060 t0.0'15 t0.050 t0.080

(t0.5) (t1.0) (t1.5) (t0.4) (t1.3) (t2.0) 250

Moltleo en conc-ha t' Altltrlittitl I l i t ' tt o f r . ¡ t r t l i t l t r A l c a t ' i o n e sc J ec o b r e A<'ertl Nloltle cle Yestl

Ntolcle¡rernranente b Altlrllinio funrlirJ
Pequeño Pequeño

+0.010 t0.020 t0.015 r0.030

(t0.25) (+0.5) (t0.4) (t0.8)

Pequeño C rande

t0.005 t0.015

( t 0 . 12 ) (t0.4)

Pequeño Pec¡tttlfitr

Pequeño Peqtteño Pequeño Pequeño

F u n c l i c i ó ne n c l a d o s A l e a c i o n e sd e c o b r e l' Altltninir¡

Pequeño Pequeño

Revestimierlttl t' Alr-lnlinio l-lierro fLrndido Alt'at'iollt-scle colrrc:

Pequeño Pequeño Pet¡ueño

A<-t't't)

l:::'l,j:,:::i1i

Pet.¡tteño

t0.010 + 0.030 t0.015 + 0.020

t0.005 t0.005 t0.005 +0.010 * 0.005 t0.010

6.4\

30

(0.7s)

125

(3.2)

40-1 00

(1-2.s)

30-100

(o.7s-2.s)

(t0.25) (t0.8) (* 0.4) (t0.5) (t0.12) (+0.12) (t0.12) (t0.25) (t0.12) (t0.25)

dearena' conmorrre procesos otros para vercre; :il:ilif:.ffi]...'J;,'ortredearena

el acabadosuPerficiales tnejor' h L.s valoresp¿lrael alunriniose aplic^ntarnbiénal magnesto'

BLIOCRAFICAS

I l l . ,1 9 8 1 . . a tl" yol' 15' Casting' American t7l Metals Hantlbook'9th 1988' Soelety for Mprclt, Mprnlt P*rk' Qhie' Foundr y Technology' (edi tor)' P ' J' t8l Mi kel oni s, Ohio' 1982' Park' Metals American Society for Metals' R' A'' Modent W'. ó'up"'' A' B'' Wysk' [9] Niebel, B' ProcessEngineering' McGraw-Hill t 3 l D a t s k t l . J . . N I t t t c t . i t l I P t . t l ¡ l t , t . t i eNsetwl nYdtlMrk' u t1966' u l | ' u t , t u | . | | l g Manu.facrurirtg l rl c " Chapters8 and 9' / " t r t ' ( ' . T . s (J' o .sl rl . tW i l e l ' & Stx l s ' Book Co', New York' 1989' Industry' L', Ílistioryof the Metalcasting ChnP t er3' tl0l Sirnpson,B. Des Inc" Founclrymen'sSociety' t 4 ] | F l i n n . R ' A . . 1 . . t | | t ( l ( l t t l ( , t t I t t l . s t l . | . i l |1963' e t u l C u s | i t t g ' A d d i s t l l t -2nd ed., A'nerican M¿ ts s ' ' W es leyP ub l i s h i n gC o " Il ' e a tl i n g ' P l ai nes,Il l ' , 1970' a n c l R osenthal 'C ' ' R " V ei l leux'R' F. , Tboland C ' J r" t-t:' p " ' ' W' , R' Heine. W i ck, C ., B enedi ct'J' T' ' and l t5l l tl ( ' t t ' t t i t t ¿2 ' lld ecl" McGraw-tIill ook' 4th ed. , Vol. I I , a t't ur i ng E ttg i neer s,H a ndb P r i t t c i ¡ t l ctst f M e t t r l M ctrt tr.l Engineer s' [ ] ook ( lo' , N c w \i rl ' k ' l 9 (r7 ' Fot'trtirt¿4,Sotiety of Manufacturing P ' ?x' (" 1" T1" 1' Mo l d i rtg l 6 ' u ttd l v l t' l ttl t' tt' s ti rt' q D earborn,Mi ch" 1984'C haP ter l6l K t r t z ir r .I l' 1 " ' S' o c i e ty ' Ittc ' ' D es P l ai tres' F o u ' rtl r1 ' l ' " e rr' A lt r er ic atl

M' L" Os tw a l tl 'P ' F ' a n d B e g e man' tl l A m s t ead,B ' []' , Jolrlr Wiley & Solrs' Iltc" Pt'ttt't'sses' ll4utrt('actrr.'irtg,' and6' New Y or k , 1 9 8 7 'C h a P te rs5 F t¡ttn d rt" I' e t' h n ttl o gt" N ew nesR" t2l B eeley , P . ' B ut t er wor th sL, o trd o n ' 1 9 7 2 ' t'

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Capítufo13 lProcesosde fundiciónde metales

P R E C U N T AD SE REPASO l 3 . l. Mencionelas dos categoríasbásicasde procesosde fundición. dividido 13.2. Variostiposde modelosse usanen fundiciónen arena.¿Cuáles la diferenciaentreun ¡nodelo y un modelo con placa de acoplamiento?

1 3 . 3 .¿Quées un suietador? 13.4. ¿qu¿ propiedadesdeterminanla calidadde un molde de arenapara fundición? 1 3 . 5 .¿Quées el procesoAntioch? 1 3 . 6 .¿Cuates la diferenciaentre fundición con molclepennanenteal vacío y moltleo al vacío'l t3.7. fcuat es el metal más comúnque se procesaen la fundiciónen tlados'J 1 3 . 8 .¿Cuáles la máquinade fundiciónen dados{ue tienela velocidaclde prtxlttcciónnrásalta,cámarafría o cámaracaliente,y por qué? 13.9. iQué significa rebabaen la fundición en dados? es la diferenciaentrela fundicióncentrífugareal y la fundiciórtsenlicentrífuga'l 1 3 . 1 0¿Cuál . 1 3 .11. ¿,Quées un horno de cubilote? t 3 . r 2 . ¿Cuálesson algunasde las operacionesque se requierenen fundición en arenadesptrésde c¡uese remuevedel molde? son algunosde los defectosgeneralesen los procesosclc liurdiciti¡r'/ 13.13. ¿,Cuáles

C U E S T I O N A R IDOEO P C I O NM U L T I P L E [.a calificaciónporceltlttal correctasen el siguientecuestio¡t¿trio. Hay un total de veintiochorespuestas de la pruebadebe basarseen dicho total. b) t¡sado'la) fi¡ntlicitirrccrlt¡'ífuga, 1 3 ..1 ¿Cuálde los siguientesprocesosde fundiciónes el másamplianrente

o e) fulltlicionen concha. cl) fundició¡ren at'en¿t, fundiciónen dados,c) fundiciónpor revestimiento, patrótl,con respectoa la del volumen es el opciones 13.2. En la fundiciónen arena,¿cuálde las siguientes pequeño. más o c) fundición final? a) más grande,b) del mismo tamaño, contienearenao sílice'?a) AlrO¡, b) SiO, c) SiO', o d) SiSOa 13.3. ¿Cuálde las siguientescomposiciones 13.4. ¿porcuál de las siguientesrazonesse le llama al molde,ntolclecleorenctt'enle"!a) vertlees el coltlr del molde,b) el molde contienehumedad,c) el molde se ct¡ra,o cl)el moltlees seco. 1 3 . 5 .Daclo queW^ = pesodel metal fundido desplazadopor un corazóny W, pcso del coraz.ón,¿,cuálcle fassiguientesopcionesesla fuerzadeflotación?a) fuerzahaciaabr¡o =W,,,+W,.,tl) fi¡erzahaciaabajtl - W^-W, c) fuerzahacia arriba = Wr, + W,.,o d) fuerzahacia arritla = W,,,- W,.. (Puedehatrer t3.6. ¿Cuálde los siguientesprocesosde fundiciónes una operacióncon rnoldedesechable'l fundición en presión, c) a) fundición por revestimiento,b) fundiclón a baja más de una respuesta.) arena,d) moldeo en concha,e) fundición huecay f) moldeo al vacío. 13.7. ¿Cuálde las siguientesopcionesdefine al moldeoen concha?a) operaciónde fundiciónen la ctlal el en el nloltle,b) la ha soliclificaclo cleque una pequeñactt¡tclt¿¡ metal fun¿idoha sido vaciadoclespués cr¡ dc fi¡¡rclicirín procestl c) nri¡ri¡r¿ts, artificiales conchas para hacer que usa se operaciónclef¡ndición tlc opcl'¿tcititt tl tl) tcrlttol'i.iit, rcsilt¡t p()r ulllt aglutinarla de arena delgada el cual el molclees una co¡cha stilida' t¡lta filrnta de lttgar en concha una fundiciónen arenaen la cr¡alel patrónes ¿rl:t l'unclicitinpttr rcveslilllicltto'l(l)trctlc r 3 . 8 .¿por cuál cle los siguientesnonrbresse lc corrocet¿unbié¡r rápida,[r) procesode nroldeocolnplelo,c) proa) moldeoclerecuperacitln habermásde una respuesta.) cesode la espumaperdida,d) procesodel nrodeloperditlo,e) procesoa la cera perdicla. 13.9. En la fundiciónen moldesde yeso,¿dequé materialestáhechoel nlolde'la) Al.'O3,b) 2CaSOr-l{'O, c ) S i C , o d ) S i O2 . 13.10. ¿Cuálde los siguientescalificacomo un procesode funclicióncleprecisión'/(Puedchabcrrtrásdc u¡ta c) filndicitirrctr rttoldctle ycso, a) f'undiciónde lingotes,b) funcliciónpor revestirtrie¡rto, respuesta.) d) fundiciónen arenay e) moldeoen concha' l3.ll. ¿Cuál de los siguientesprocesosde fundición son operacionesde nlolde pernlanente'l(Pueclehaber a) fundi ci óncentrífuga,b) fundi ci ónen dados,c) funcl i ci óna baja pr esión, m á s d e u n a re s p u e s ta .) d) moldeoen concha,e) fundiciónhuecay f,)fundiciónen molde permanenteal vacío. en daclos'l(Puedehabermásde una respuesmetalespodríafundirsetípicamente 13.12. ¿Cuálclelos siguientes y f) zinc. tungsteno e) estaño, d) c) acero, ta.) a) aluminio,b) hierro funclido,

Problemas

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13.13. ¿,Cuálde las siguientesopcionesson ventajasde la fundición en dadoscon respectoa la fundiciónen más altasde arena'l(puedehabermás de una respuesta.)a) mejor acabadosuperficial,b) temperaturas y e) los grandes piezas más pueden fundir d) se altas, más producción funtlición, c) velocidadesde rnoldespuedenreutilizarse. 13.14. Los c¡hilotes son hornosque se usanpara fundir ¿cuálde los siguientesmetales?a) aluminio,b) hiec) acero,o d) zinc. rrcl l't¡rtcliclo, I j. I 5. ¿,Cuálclelos siguientesdefectosen fundiciónes un llenadoincompleto?a) glóbulosde metalatrapados en el bebederode colada,c) el ¡netalsolidifica err l¿rlilndici(rn.b) el nletal no se vacíacorrectamente y de rechupes. e) formación rnicroporosidad d) Íultcstle llenarla cavicl¿rd, a) aluminioy susaleacomercialmente? intportante rnás nretalesde funcliciónes rlc l¡s siguierrtes 13.16. ¿,Curil de zinc. ciones.b) bronce.c) hierro fundiclo,d) acerofundido,o e) aleaciones

PROBLEMAS Fuerzade flotacióll l-1.l. [Jn corazónde arenaen la cavidaclcleun molde que se usaen la fundiciónde una cajaparauna bomba de hierro funclidotiene un volumende 157.0pulg3.Determinelafuerza de flotaciónque tenderáa levantarel cclrazónduranteel vaciado. para soportarun corazónde arenadentro de la cavidad de un molde de arena.El ¡i.2. Se usarrsujetaclores y la maneraen como colocanen la cavidaddel rnoldepermitenque cadasujecliseñode los sujetaclores ta¡or s6porteuna fuerza cle 10 lb. Varios sujetadoresse localizandebajo del corazónpara soportarlo antesde vaciar.y otros se colocanarriba del corazínpararesistirla fuerzade flotación duranteel vaciado. Si el volunlenclelcorazón= 325 pulg3,y el metal que se vacíaesbronce.Determineel númeromínique debencolocarse:a) debajodel corazóny b) arriba del corazón. nlo clesu.jetaclores de aluminio y cobre se haceen un molde de arenausandoun corazónde aleación cle f'unrlición t3.3. Una lafuerza de flotación en newtons que tiende a levantarel corazón kg. Determine arenaque pesa 20 cluranleel vaciado 13.4. Un corazónde arena,que se usa para formar las superficiesinternasde una fundición de acero,experirnentaurrafuerzade flotaciónde 50 lb. El volumende la cavidaddel molde que forma la superficie es el pesode la fundiciónfinal? Ignorela contracción. rL: l¡r funclición= 320 ¡rulg3.¿,Curil extcr.n:r

ición cerrtrífttga Funcl r 3 . 5 .Urras¡rerirció¡clefundición centrífugareal se va a realizaren una configuraciónhorizontalpara hacer

seccionesde tubo de hierro fundido.La seccióntendráuna longitud - 42.0 pulg, el diámetroexterior = 8.0 pulg y el espesorclela pared= 0.50 pulg. Si la velocidadde rotacióndel tubo = 500 revlmin, deterde éxito la operación? nrineel factor-G.¿Tieneprobabitidades r 3 . 6 .LI¡ proccsgclefundición centrífugareal se usaparahacerbujesde latón con las siguientesdimensiones = 4.0 p¡lg. diámetroexterno= 6.0 pulg y diámetrointemo= 4.5. pulg. a) determinela velocifrrrrgitucl requericlapara tener un factor-G de 70; b) cuandose opera a estavelocidad,¿cuáles clarl¿c r.6t¿rción por el metal fundiclosobrela paredinteriordel molde? por pulg2irn¡ruesta la fuerz¡ ccrrtríl'uga de tubo'de 1 3 . 7 .Urra.peración de funclici(rncentrífugareal se realizahorizontalmentepara hacer secciones = y el espesor m = 0.25 diámetro m, et c.bre ciediíu¡etrg grantle.Los tub
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C a ¡ : í t u l o l 3 / P r o c e s o sd e f u n c j i c i ó n c l e m e t a l e s

factor-Gy b) la ftlerzacentrífugapor pulg2sobrela pareddel rnolde.c) ¿Setendráuna operflciónexitosacon esfavelocidadde rotación? 13.11. Parael anillo de acerodel problema13.10,determineel volumende metalfunclidoque cletrevaciarse en el rnolde,clacloqtre la contraccióndel líquido es cle0.57o.La contracciónpor soticlificacitin y la del sólidotlcspuésde la congelacirin puedetornarsede la tabla r2.r. 13,12. Utt¿rI'urrtlición ce¡ttríf'ugat real horizontalse usa en la ¡nanufhctura de tubo cleplornoparauní¡planta química. El ttlbo tiene una longitud = 0.5 m, el diámetroexterior = 70 mm y el espesor= 6.0 rnnl. Deterrrlinela velocidadde rotaciónque proporcioneun factor-G= 60. l3'13' Un procesode fundición centrífugareal vertical se usa para hacerseccionesde tubo cuya longitud= 10.0pulg y stt diiitttetroextcrior= (r.0pulg. El diánretnrinteriordel tubo es 5.5 pulg en la parresuperior y 5.0 pulg en el fotldo. ¿,Aqué velocidaddebegirar el tubo clurantela operacitinpara lograrestas especif icaciones? I 3' | 4. Un procesode fulrdicióncentrífugareal verticalse usa paraproducirbujesque tienen200 rnnl de longitud y 200 nlm ile tliánretroexterior,si la velocidadde rotacióndurantela soliclificaciónes 500 rprn, determitteel diánretrointerior en la parte superiordel buje, si el diánletroen el fondo es cie 150nrrn. 13.15. Utt prtlcesode fundicióncentrífugareal verticalse usaparafundir tuberíade latónque tiene 15.0pulg de longitud con diámetroexterior = 8.0 pulg. Si la velocidadde rotacióndurantela solidificaciónes I 000 rpm, deterntinelos diántetrosinterioresen la partesuperiory en el fondo del tubo si el pesototal de la fundiciónfinal = 75.0 ltr.

Consideraciones de diseñoy defectos 13.I 6. La ca.iade un cierto prodr.rcto de maquinariase hacecon dos componentes, arnbosclefuncliciónde alunrinio. El contponentemás grandetiene la fornrade un plato hontloy el segundoes una cubiertaplnrra que se adhiereal primer cotrlponenleparacrearun espaciocenadoy guardarlas partesde la rnáquina. Se usó la ftlndiciónen arenaparaproducirlas dos partes,las cualesestánplagaclas de clefectos del tipo llenatloincontpletoy jurrtasfrías. El encargadoargumentaque el espesorde las parteses denrnsiado tlelgacloy que ésa es la razónclelos clefectos.Sin embargo,se sabeque los mismosconrporrentes han siclofimditlosexitosatnente en otros talleres.¿Qué otra explicaciónpuedeexislir para los defecfos claclos'/ 13.17. Urta fundicióngrandede aceroen arenamuestrasignoscaracterísticos del defectode penetración, es decir, urnasuperficieque consisteen una mezclade arenay metal.a) ¿QuépasospuedentonrarsepnrÍl corregirel clefecto?b) r,Quéotros tlefectosposiblespuedenresultaral tomar esospasos'l