Procesos De Fundicion De Metales.docx

2018 Procesos de Fundición de Metales

Diego E. Pérez Trujillo Universidad Bolivariana 10/02/2018

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Procesos de Fundición de Metales

INDICE

Resumen --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Introducción ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Historia de la Fundición --------------------------------------------------------------------------------------------------

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Tipos de moldes para la fundición-------------------------------------------------------------------------------------

4–5-6

Fundición en molde permanente---------------------------------------------------------------------------------------

7–8

Fundición en molde desechable----------------------------------------------------------------------------------------

8–9

Ventajas y desventajas de la fundición en molde desechable---------------------------------------------------

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Moldeo en arena verde---------------------------------------------------------------------------------------------------

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Tolerancias en los modelos----------------------------------------------------------------------------------------------

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Fabricación de moldes----------------------------------------------------------------------------------------------------

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Conclusión--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Bibliografía-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

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Procesos de Fundición de Metales RESUMEN

En este trabajo se abordarán reseña histórica de la fundición de metales, las etapas principales del proceso de fundición, dando a conocer los tipos de moldes para llevar a cabo la fundición de metales, como así mismo la preparación de las mezclas para los moldes y machos, criterios sobre la elaboración de la tecnología de fundición y la plantilla, sus ventajas y desventajas. La elaboración en moldes de arena, sus ventajas y desventajas, consideración de tipos de tolerancias para el diseño de los moldes, finalmente se describe el proceso de desmolde, limpieza y acabado de las piezas.

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Procesos de Fundición de Metales INTRODUCCION

La fundición es el proceso de producción de un objeto metal por vaciado de un metal fundido dentro de un molde y que luego es enfriado y solidificado. Desde tiempos antiguos el hombre ha producido objetos de metal fundido para propósitos artísticos o prácticos. Con el crecimiento de la sociedad industrial, la necesidad de fundición de metales ha sido muy importante. El metal fundido es un componente importante de la mayoría de maquinarias modernas, vehículos de transporte, utensilios de cocina, materiales de construcción, y objetos artísticos y de entretenimiento. También está presente en otras aplicaciones industriales tales como herramientas de trabajo, maquinarias de manufactura, equipos de transporte, materiales eléctricos y electrónicas, objetos de aviación, etc. La mejor razón de su uso es que puede ser producida económicamente en cualquier forma y tamaño. El tipo más común de molde de fundición es hecho de arena y arcilla, en donde el diseño forma una cavidad en la cual se vaciará el material fundido. Los moldes deben ser fuertes, resistentes a la presión del metal derretido, y suficientemente permeable para permitir el escape de aire y otros gases desde la cavidad de los moldes. El material del molde también debe resistir la fusión con el metal. La fundición es una de las profesiones más antiguas, la producción de diseños para ser usados en fundición requiere cuidado, precisión y técnica. El proceso de fundición tradicional ha sido reemplazado por una fundición mecanizada. Con la crisis energética en años recientes, la racionalización de líneas de producción automáticas y mecánicas han reducido el costo del producto y han elevado su calidad siendo un paso esencial en el desarrollo de la fundición. Las industrias de fundición en Taiwán han desarrollado, en efecto, desde equipos de mecanización simples hasta líneas de producción automáticas y continuas. HISTORIA DE LA FUNDICIÓN En el periodo neolítico, durante la edad de piedra (año 6000 a.C.) el hombre empieza a explotar el oro y el bronce, pero no conoce otro método de creación de piezas que el de dar martillazos. Luego comprendió que el cobre se quebraba con los golpes, pero que al calentarse se fundía y se podía vaciar en moldes y solidificarse cuando esta frio. Los primeros moldes eran de piedra de jabón o jaboncillo de sastre (esteatica) esta era una piedra blanda y de fácil corte que soportaban las altas temperaturas del metal fundido. Por la dificultad de tallar la piedra se empezó a utilizar la arcilla arenosa, en que se podía envolver el objeto, para luego quemarlo. La técnica era elemental, se vaciaba la colada de metal sobre moldes abiertos de piedra o barro cocido, pero solo eran para armas o utensilios, luego se hicieron los moldes de varias piezas para otros objetos, esta técnica fue perfeccionada desde el III milenio a.C. en Asia y Egipto. Del inicio de la fundición a la cera perdida no se tiene datos exactos, aunque se sabe de

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algunas piezas de la era de bronce de las culturas que habitaban Mesopotamia y Egipto, alrededor del año 200 a.C. desde esta época se conocen dos métodos de fundición a la cera perdida, el directo y el indirecto; el primero consiste en recubrir la cera modelada con materiales refractarios, luego se lleva al horno derritiéndose la cera y saliendo por unos agujeros por donde se vierte la colada de metal fundido. Luego desde el siglo III se conoce el indirecto o molde por piezas, consiste en sacar el molde de la pieza original, posteriormente vaciado en cera, promoviendo así la reproducción en serie, luego llegó la combinación de la cera pérdida y en hueco, perfeccionando la fundición con moldes, en hueco se consigue con un modelo de cera con alma interna de arcilla llamado “macho”, sujetada con clavos; posteriormente en el quemado de la cera, el macho se endurece, dejando un vacío en el medio, entre el macho y el molde exterior, permitiendo el ahorro de materiales. Los primeros en utilizar esta técnica fueron los griegos en el siglo VI a.C y perfeccionado por los chinos en el siglo II a.C. La técnica de fundición a la cera perdida no ha cambiado mucho desde sus inicios hasta ahora, siendo uno de los mejores métodos de fundición de bronce, aunque en los siglos XVII y XIX se dieron dos métodos alternativos para el vaciado en metal: el moldeado en arena y la galvanoplastia. Tipos de Moldes para la fundición La fundición consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un molde que reproduce la forma de la pieza a fabricar y en el que se vierte el metal en el interior de un molde previamente fabricado. Se emplea fundamentalmente en piezas como motores, cigüeñales, componentes de turbinas hidráulicas, trenes de aterrizajes para aviación, entre otras. El material del molde marca en gran medida las características generales del proceso de fundición. Existen varias clasificaciones de moldes en función del tipo de material que se utilice: Moldes permanentes: - Moldes metálicos (alta resistencia a la temperatura)

Moldes desechables: - Moldes de arena

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- Moldes de yeso

- Moldes de cerámicas

- Fundición a la cera perdida

- Fundición en modelo evaporativo

- La fundición en cascarón o concha

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- Fundición por Inyección

- Fundición por centrifugada

- Fundición por Tixoformado

Moldes compuestos (combinaciones de distintos materiales como arena, metal, etc. obteniéndose propiedades distintas y utilizándose distintas tecnologías en su generación).

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Fundición en molde permanente Generalidades  Se usan moldes metálicos que se reutilizan muchas veces.  Los metales que usualmente se funden en moldes permanentes son el estaño, plomo, zinc, aluminio, cobre y aleaciones ferrosas cuando se usan moldes refractarios.  Se pueden utilizar corazones metálicos (reutilizables) o de arena (desechables). En este caso se denomina al proceso fundición en molde semi-permanente.  Durante el proceso, las caras interiores de los moldes se recubren con lubricantes o barros refractarios con el fin de controlar la temperatura de la superficie del molde y facilitar el retiro de la pieza.  Se obtiene buen acabado superficial y control dimensional estrecho y buenas propiedades mecánicas debido a que el enfriamiento rápido produce una estructura de grano fino.  No se pueden realizar formas tan complejas como las posibles con molde desechable debido a la necesidad de abrir el molde. El costo inicial del molde se justifica en series de producción grandes con el menor costo por pieza.

Diseño del molde  La fundición solidificada debe poderse retirar fácilmente de la cavidad de la matriz. Para ello se requiere que las superficies de la cavidad tengan ángulos de salida en la dirección de apertura del molde. También se recurre a diseños de molde de partes múltiples.

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 Los moldes generalmente se construyen en acero o fundición. La cavidad y el sistema de vaciado se conforman utilizando maquinados de precisión, a fin de obtener buen ajuste y acabado superficial.  Los moldes suelen refrigerarse por medio de conductos a través de los cuales circula un refrigerante o mediante aletas disipadoras.  Se utilizan en muchos casos pernos expulsores para retirar la fundición solidificada.  Las caras del molde deben tener respiraderos que dejen escapar el aire y gases desplazados por el metal fundido entrante.  El material del molde debe resistir el choque térmico y la abrasión que se produce durante la colada.  Dependiendo del material del molde y material de la fundición, un molde bien mantenido puede durar decenas de miles o cientos de miles de ciclos sin tener un desgaste apreciable.

Fundición en Molde desechable En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se moldea en la forma convencional, se agregan unos agujeros para ventilación y la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa.

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Casi siempre la arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenas especiales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza de inmediato alrededor del modelo, La arena en la línea de partición no se aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta que la fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona, en cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistema de alimentación o ambas, como usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable, se hacen los agujeros para ventilación y se coloca algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de colado, la colada es vaciada rápidamente en la pieza moldeada; el poliestireno se vaporiza; y el metal llena el resto de la cavidad, después de enfriado la fundición es eliminada del molde y limpiada, el metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la combustión del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia fuera a través de la arena permeable y los agujeros de ventilación, un recubrimiento refractario se aplica comúnmente al modelo para asegurar un mejor acabado superficial para la fundición y le agrega resistencia al modelo, es obligatorio a veces que los pesos para oprimir los moldes sean parejos en todos los lados para combatir la alta presión relativa en el interior del molde. Las ventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos: Para una pieza no moldeada en máquina, el proceso requiere menos tiempo. No requieren que hagan tolerancias especiales para ayudar a extraer el modelo de la arena y se requiere menor cantidad de metal. El acabado es uniforme y razonablemente liso. No se requiere de modelos complejos de madera con partes sueltas. No se requiere caja de corazón y corazones. El modelo se simplifica grandemente. Las desventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos: El modelo es destruido en el proceso. Los modelos son más delicados de manejar. El proceso no puede ser usado con equipos de moldeo mecánico. No puede ser revisado oportunamente el modelo de la cavidad.

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Moldeo en arena verde El moldeo en arena verde consiste en la elaboración de moldes partiendo de la mezcla de arena de sílice y bentonita (un derivado de la arcilla) a un 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua. Molde en arena verde: Muestra de un molde en arena verde listo para verter la fundición.

Esta primera elaboración de la mezcla se denomina arena de contacto, tras su primera utilización esta mezcla es reutilizable como arena de relleno, la cual al añadirle agua vuelve a recuperar las condiciones para el moldeo de piezas. De esta manera, se puede crear un circuito cerrado de arenería. Existe otro tipo de preparado de la arena, es un tipo de preparado ya comercial, consiste en una mezcla de arena de sílice con aceites vegetales y otros aditivos. Este tipo de preparado no es reutilizable, ya que tras su utilización dichos aceites se queman perdiendo así las propiedades para el moldeo. Por este motivo no es aconsejable su utilización en grandes cantidades y de forma continua en circuitos de arenería cerrados ya que su utilización provocaría el progresivo deterioro de mezcla del preparado del circuito y por lo tanto su capacidad para el moldeo. Este preparado facilita la realización del moldeo manual, ya que alarga el proceso de manipulación para realizar el modelaje. Existen dos tipos de moldeo en verde:  El moldeo manual  El moldeo en máquina. Moldeo manual: Consiste en el moldeo realizado de forma manual, y por lo tanto de una manera artesanal. Este tipo de modelaje se está perdiendo en la actualidad debido a la especialización, a la desaparición progresiva de los operarios de fundición y a la utilización de las máquinas de moldeo.

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Moldeo en máquina: Consiste en el moldeo realizado por medio de una máquina de moldeo. Existen en la actualidad distintos tipos de máquinas para este fin: las máquinas multifunción, máquinas multipistones y máquinas automáticas. La utilización de este tipos de máquinas ha facilitado la automatización de este proceso, aumentando notablemente las cantidades productivas.

El Término "arena verde" es conocido principalmente por el contenido de humedad dentro de la arena, la arena se somete a un “moldeado / mezclado”, proceso en el que varios tipos de arcilla y aditivos químicos que actúan como aglutinantes se mezclan con la arena, el resultado es un compuesto que es conveniente para el proceso de moldeo en arena. Esta mezcla de preparado de arena se comprime alrededor del patrón (patrón de la pieza deseada) a presiones y temperaturas específicas, para garantizar que mantenga su forma durante el resto del proceso de fundición. La arena mezclada se compacta alrededor del patrón, tomando la forma del molde deseado. A veces el diseño de la fundición implica conductos internos en la pieza. Esto se hace mediante el uso de machos de arena que están constituidos por una mezcla de arenas similares. Los núcleos están ubicados estratégicamente para formar los conductos necesarios en la fundición. Las dos mitades del molde posteriormente se cierran y el metal se vierte en la cavidad y se deja solidificar. Después de que la solidificación haya tenido lugar, la arena se hace vibrar hasta que se libera de la fundición. El proceso de acabado puede ser completado por rectificado, mecanizado, la galvanoplastia y la pintura. Moldeo en arena verde: Proceso para la fabricación de piezas mediante el proceso de moldeado en verde.

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Tolerancias en los modelos En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias tolerancias. Tolerancia para la contracción: Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener.

Tolerancia para la extracción: Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.

Tolerancia por acabado: Cuando una pieza es fabricada es necesario realizar algún trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material. Tolerancia de distorsión: Cuando una pieza es de superficie irregular su enfria-miento también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos. Golpeteo: En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación de los modelos.

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Fabricación de moldes Para la fabricación de moldes para el moldeado en arena verde se suele utilizar una proporción típica de:  90% de Sílice (SiO2)  7% de arcilla  3% de agua También se utilizan diversos métodos de compactación, como son:    

Manual Presión neumática Sacudimiento Lanzamiento de arena a presión

Ventajas y desventajas del moldeado en arena verde Ventajas         

Económico: es un proceso más barato que el resto. Resistencia a altas temperaturas. Posibilidad de obtención de piezas de hasta menos de 3mm de grosor de acero. Posibilidad de utilización en gran cantidad de metales y aleaciones. Acabado uniforme y liso. No requiere de tolerancias especiales. Aproximadamente un 90% del material del molde es reciclable. Se trata de un proceso flexible con costos de materiales bajos. Piezas sin tensiones residuales.

Desventajas  No se trata de un proceso recomendado para piezas de gran tamaño.  Las tolerancias que se obtienen suelen ser bastante grandes.  No es el proceso más adecuado para la realización de piezas de geometría compleja.  Los acabados superficiales que se obtienen no son los mejores.  Piezas con resistencia mecánica reducida.

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Procesos de Fundición de Metales Conclusión

Ya hemos conocido que la fundición es el procedimiento más antiguo para dar forma a los metales, originado al comienzo de la Edad de piedra, que consiste en un proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad (vaciado, moldeado) de la forma y tamaño deseado para que allí solidifique, generalmente este molde se hace en arena, consolidado por un apisonado manual o mecánico alrededor de un modelo, el cual se extrae antes de recibir el metal fundido, no existe limitaciones en el tamaño de las piezas que puedan colocar, variando desde pequeñas de un reducido peso, hasta los grandes segmentos de máquinas de distintas toneladas, este método, es el más adaptable para dar forma a los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por otros procesos convencionales como la forja, laminación, soldadura. Los Tipos de moldes para la fundición, se clasifican en función del tipo de material que se utilice, existiendo para ello moldes permanentes y desechables, con sus respectivas ventajas y desventajas. En el diseño de los modelos que se utilizarán para construir un molde, será necesario tolerancias de extracción, de contracción, por acabado, distorsión, etc.

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Bibliografía geocities.com/usmindustrial/Fundicion.htm metalspain.com/FUNDIDORES-FUNDICION.html monografias.com/trabajos94/proceso-fundición

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