Conformacion Por Fusion Y Moldeo12 5d2847

Conformación por fusión y moldeo

FUNDAMENTOS DE LA FUNDICIÓN DE METALES

El principio de la fundición es simple: Se funde el metal: Se vacía en un molde por gravedad o presión Se deja enfriar, adquiriendo la forma del molde

Fundición y moldeo Tras la extracción, normalmente se necesitan procesos posteriores:     

Desbaste del metal excedente de la fundición. Limpieza de la superficie. Inspección del producto Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades Mecanizado final para lograr tolerancias y buen acabado superficial en ciertas partes de la pieza

Ventajas: - Se puede usar para crear partes de compleja geometría, incluyendo formas externas e internas. - Se puede usar para producir partes muy grandes. Se han fabricado fundiciones que pesan más de 100 toneladas. - Puede realizarse en cualquier metal que pueda calentarse y pasar al estado líquido. - Algunos métodos de fundición son altamente adaptables a la producción en masa. Desventajas: - Porosidad, baja precisión dimensional y acabado deficiente de la superficie. - Riesgos en la seguridad de los trabajadores durante el procesamiento y problemas ambientales. Aplicaciones: - Técnica y tecnología: Coronas dentadas, estufas de hierro fundido, bloques motores, bancadas para máquinas, ruedas para ferrocarril, tuberías y carcasas para bombas. - Comercial: joyería - Arte y decoración: estatuas

El molde Los moldes se hacen de varios materiales: arena, yeso, cerámica y metal.   

Tipos: Molde abierto: (figura 1a) el metal líquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad. Molde cerrado: (figura 1b) una vía de paso llamada sistema de vaciado permite el flujo del metal hacia la cavidad.

 

FIGURA 1 Dos formas de molde: (al molde abierto, simplemente un recipiente con la forma de la parte de fundición; y (b) molde cerrado, de forma más compleja que requiere un sistema de vaciado (vía de paso) conectado con la cavidad.

El molde 

Procesos de fundición de acuerdo al tipo de molde



1) Fundición con molde desechable:  el molde donde se solidifica el metal debe ser destruido para extraer la fundición. Estos moldes se hacen de arena, yeso o materiales similares que mantienen su forma, usando aglomerantes de varias clases.  

2)Fundición con molde permanente: el molde permanente puede usarse muchas veces para producir fundiciones en cantidad. Está hecho de un metal, o algunas veces de un refractario cerámico.  Consta de dos o más secciones que pueden abrirse para permitir la extracción de la parte terminada. 

Las piezas de forma geométrica complicada se producen generalmente mediante procesos de molde consumible, ya que, en el proceso de molde permanente, la forma de la pieza se limita por la necesidad de abrir el molde, sin embargo, los procesos de molde permanente tienen ventajas económicas en operaciones de alta producción.

Factores que afectan la operación de vaciado de metal fundido

Temperatura de vaciado: es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en el molde. Lo importante aquí es la diferencia entre la temperatura de vaciado y la temperatura a la que empieza la solidificación (el punto de fusión para un metal puro, o la temperatura liquidus para una aleación), Velocidad de vaciado: velocidad volumétrica a la que se vierte el metal fundido. Velocidad muy lenta: el metal puede enfriarse antes de llenar la cavidad. Velocidad excesiva genera turbulencia. Turbulencia: Acelera la formación de los óxidos que pueden quedar atrapados durante la solidificación, degradando así la calidad de la fundición. Agrava la erosión del molde, desgastando las superficies.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Colada por gravedad: se llenan los moldes por el propio peso del metal fundido Colada por presión: se llenan los moldes impulsando el metal fundido por una fuerza exterior. - Moldeo en arena….……..

- A mano

- Mecánicamente Colada por gravedad

Colada a presión

- Otros

procedimientos de moldeo en materiales no metálicos……………………… . - Moldeo en moldes permanentes (coquilla)

- Fundición centrifugada - Fundición a presión

- Con terraja - Al vacío - En cáscara - A la cera perdida - Poliestireno expandido

FUNDICIÓN CON MOLDEO EN ARENA - Consiste en vaciar un metal fundido en un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para extraer la fundición.

FUNDICIÓN POR MOLDEO CON ARENA Elementos del moldeo con arena: 1- Modelo

- Se fabrican de madera, fundición de hierro, aleaciones de aluminio, yeso, resinas epoxi. - Presenta dimensiones siempre mayores que las de las piezas, debido a: Contracción de los metales al solidificarse y enfriarse. Necesidad acabado de precisión por mecanizado posterior. - Debe preverse salidas adecuadas para extraer los modelos de los moldes

FUNDICIÓN POR MOLDEO CON ARENA

Elementos del moldeo con arena: 2- Machos o corazón Es un modelo de las superficies interiores. Se hace generalmente de arena compactada y puede requerir soportes para mantener su posición

FUNDICIÓN POR MOLDEO CON ARENA

Elementos del moldeo con arena: 3- Molde de arena La arena de fundición es sílice (Sio2) + silicato de alumina hidratada (arcilla). Sílice proporciona dureza y resistencia mecánica Arcilla proporciona cohesión

La proporción típica (en volumen) es 90% de arena, 3% de agua y 7% de arcilla.

FUNDICIÓN POR MOLDEO CON ARENA Características: - Buenas propiedades refractarias; capacidad de resistir altas temperaturas sin fundirse o degradarse - Resistencia; capacidad del molde para mantener su forma y soportar la erosión causada por el flujo del metal líquido. - Permeabilidad; para permitir que el aire caliente y los gases de fundición pasen a través de los poros de la arena. Depende del tamaño del grano, del contenido de arcilla y del porcentaje de humedad. Granos grandes son más permeables pero los granos pequeños proporcionan mejor acabado superficial. + arcilla → + cohesión → - permeabilidad + humedad → dificulta paso de los gases - Estabilidad térmica; capacidad de la arena en la superficie de la cavidad del molde para resistir el agrietamiento y encorvamiento en o con el metal fundido. - Plasticidad; aptitud de la arena para reproducir la geometría del modelo. - Retractabilidad, capacidad del molde para dejar que la fundición se contraiga sin agrietarse. - Reutilización; Estas medidas son algunas veces incompatibles, por ejemplo, un molde con una gran resistencia tiene menos capacidad de contracción

FUNDICIÓN POR MOLDEO CON ARENA - proceso

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Moldeo en concha o cáscara El molde es una concha delgada hecho de arena aglutinada con una resina termo fija.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN

Moldeo en concha o cáscara

Ventajas: • No necesitan cajas de moldeo. • Moldes más ligeros y más rápidos de fabricar. • Buena precisión dimensional y acabado superficial, evitando mecanizados posteriores. Desventajas: • El costo del patrón de metal, difícil de justificar para pequeñas producciones • La arena con aglutinante de resina resulta 5 veces mas cara • No pueden emplearse placas modelo de madera o yeso, pues son malos conductores del calor, sólo pueden usarse metálicas (mas caras)I. Ejemplos: acero para engranajes, cuerpos de válvulas, manguitos y árboles de levas.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Moldeo al vacío Utiliza un molde de arena que se mantiene unido por presión de vacío en lugar de un aglutinante químico.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN

Moldeo al vacío

Ventajas: • Recuperación de la arena, ya que no se usan aglutinantes. • Los defectos causados por la humedad están ausentes del producto, debido a que la arena no se mezcla con agua. Desventajas:

• Son su relativa lentitud. • No es fácilmente adaptable a la mecanización.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Proceso con poliestireno expandido Utiliza un molde de arena compactado alrededor de un patrón de espuma de poliestireno que se vaporiza al vaciar el metal fundido dentro del molde.

Ventajas:

• El modelo no necesita extraerse del molde lo que simplifica y facilita su fabricación. • El modelo incluye el bebedero de colada, el sistema de vaciado, los acumuladores y también machos, eliminando así la necesidad de hacerlos por separado Desventajas: • Necesita un nuevo patrón para cada fundición. • Costo de producción de los modelos. Ejemplo de aplicación: fundiciones de motores de automóvil.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Fundición por revestimiento (cera perdida). El modelo, hecho de cera, se recubre con material refractario para fabricar el molde, después de esto, la cera se funde y evacua antes de vaciar el metal fundido.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN

Fundición por revestimiento (cera perdida).

Ventajas: - Capacidad para obtener piezas complejas de alta precisión (tolerancias de hasta 0.076 mm.) - Buen acabado de la superficie. Por lo general no requiere mecanizado adicional. - Recuperación de la cera para reutilizarla - Pueden fundirse todos los tipos de metales, incluyendo aceros, aceros inoxidables y otras aleaciones de alta temperatura. Desventajas: • Éste es un proceso costoso por la cantidad de pasos que involucra su operación. • Las partes hechas por este método son normalmente de tamaño pequeño. Ejemplos: partes complejas de maquinaria, aletas para motores de turbina, piezas de joyería y rios dentales.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Moldeo con terraja Se trata de moldear piezas de revolución o rectilíneas de perfil constante. Las terrajas utilizadas son plantillas de madera, normalmente reforzadas con chapa de acero en sus caras activas.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Molde permanente Se usa un molde metálico (acero o hierro fundido) construido en dos secciones que están diseñadas para cerrar y abrir con precisión y facilidad.

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN

Molde permanente

Ventajas: • Buen acabado de la superficie. • Control dimensional estrecho. • La solidificación más rápida causada por el molde metálico genera una estructura de grano más fino, lo que producirá fundiciones más resistentes. Desventajas:

- El proceso está limitado generalmente a metales de bajo punto de fusión. - Formas geométricas más simples que en molde de arena debido a la necesidad de abrir el molde. - Costo alto. Ejemplos: pistones, cuerpos de bombas, armamento (proyectiles).

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Fundición a presión Es un proceso de fundición en molde permanente que se lleva a cabo en máquinas especiales en el cual se inyecta el metal fundido en la cavidad del molde a alta presión. Existen dos tipos principales de máquinas de fundición en dados, dependiendo de la forma en que se inyecta el metal a la cavidad:

De cámara caliente: el metal se funde en un recipiente adherido a la máquina y se inyecta en el dado usando un pistón de alta presión.

De cámara fría: el metal fundido procedente de un contenedor externo, se vacía sin calentar y se inyecta a presión

PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN Fundición centrifuga Se utiliza un molde que gira a alta velocidad para que la fuerza centrífuga distribuya el metal fundido en las regiones exteriores de la cavidad del dado.

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN - Llenado incompleto: aparece en una fundición que solidificó antes de completar el llenado de la cavidad del molde, las causas típicas incluyen:

• Baja temperatura de vaciado • Vaciado que se realiza muy lentamente • Fluidez insuficiente del metal fundido • Diferencia de temperatura molde y metal fundido.

entre

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN - Junta fría: aparece cuando dos porciones del metal fluyen al mismo tiempo pero hay una falta de fusión entre ellas debido a solidificación o enfriamiento prematuro. Sus causas son similares a las del llenado incompleto: • Baja temperatura de vaciado • Vaciado que se realiza muy lentamente • Fluidez insuficiente del metal fundido

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN - Metal granoso o gránulos fríos: Las salpicaduras durante el vaciado hacen que se formen glóbulos de metal que quedan atrapados en la fundición. Un buen diseño del sistema y de los procedimientos de vaciado que eviten las salpicaduras puede prevenir este defecto. Causas

• Fluidez excesiva del metal fundido (turbulencia) • Vaciado rápido • Alta temperatura de vaciado

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN - Cavidad por contracción: es una depresión de la superficie o un hueco interno debido a la contracción por solidificación en la última región que solidifica. Ocurre frecuentemente cerca de la parte superior de la fundición, en cuyo caso se llama rechupe. Causas • Diferencia de temperatura molde y metal fundido • Mal diseño de la mazarota

entre

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN - Micro porosidad: Se refiere a una red de pequeños huecos distribuida a través de la fundición debida a la contracción por solidificación del último metal fundido en la estructura dendrítica. El defecto se asocia generalmente con las aleaciones, debido a la forma prolongada en que ocurre la solidificación en estos metales. Causas • Baja temperatura de vaciado

• Diferencia de temperatura molde y metal fundido • Vaciado rápido

entre

DEFECTOS DE LA FUNDICIÓN

Desgarramiento o agrietamiento caliente: ocurre cuando un molde, que no cede durante las etapas finales de la solidificación, restringe la contracción de la fundición después de la solidificación.

Causas •Molde incompatible o (geometría y/o material)

inadecuado:

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Sopladuras: es una cavidad en forma de pelota causada por un escape de gases que quedan atrapados en el molde durante el vaciado, pudiendo formarse en el interior o exterior de la pieza. Causas

• Fluidez excesiva del metal fundido (turbulencia) • Vaciado rápido

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Puntas de alfiler: similar al anterior involucra la formación de numerosas cavidades pequeñas de gas en la superficie de la fundición o ligeramente por debajo de ella. Causas

• Fluidez excesiva del metal fundido (turbulencia) • Vaciado rápido

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Caídas de arena: irregularidad en la superficie de la fundición, que resulta de la erosión del molde de arena durante el vaciado.

Causas • Mala compactación del molde • Fluidez excesiva del metal fundido (turbulencia) • Vaciado rápido

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Costras: Son áreas rugosas en la superficie de la fundición debidas a la incrustación de arena y metal, causadas por desprendimientos de la superficie del molde que se descascarilla

Causas • Mala compactación del molde

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

-Penetración : Cuando la fluidez del metal líquido es muy alta, éste puede penetrar en el molde o en el corazón de arena. Después de la solidificación, la superficie de la fundición presenta una mezcla de granos de arena y metal.

Causas

• Fluidez excesiva del metal fundido (turbulencia) • Vaciado rápido • Alta temperatura de vaciado

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Desplazamiento del molde: Se manifiesta como un escalón en el plano de separación del producto fundido, causado por el desplazamiento lateral del semimolde superior con respecto al inferior

Desplazamiento del corazón: Un movimiento similar puede suceder con el corazón, pero el desplazamiento es generalmente vertical. Causas

• Mal diseño del molde • Desgaste de las fijaciones

• Vaciado rápido

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN de moldes desechables :

Molde agrietado (venas y relieves): Si la resistencia del molde es insuficiente, se puede desarrollar una grieta en la que el metal líquido puede entrar para formar una aleta en la fundición final.

Causas • Compactación insuficiente

METALES PARA FUNDICIÓN La mayoría de las fundiciones comerciales están hechas de aleaciones más que de metales puros. Las aleaciones son generalmente más fáciles de fundir y las propiedades del producto resultante son mejores. Las aleaciones de fundición pueden clasificarse en: •Ferrosas: •Aceros fundidos: Las propiedades mecánicas del acero lo hacen un material atractivo de ingeniería, sin embargo, se enfrenta a grandes dificultades: El punto de fusión del acero (1440 °C). es considerablemente más alto que el de los otros metales, a elevadas temperaturas, el acero se oxida fácilmente, así que deben usarse procedimientos especiales durante la fusión y el vaciado para aislar al metal fundido del aire. Las propiedades de las fundiciones de acero son isotrópicas, es decir, su resistencia es prácticamente la misma en cualquier dirección, no así las partes formadas mecánicamente (por laminado o forjado).

METALES PARA FUNDICIÓN •No ferrosas: aleaciones de aluminio, magnesio, cobre (incluyen bronce, latón), estaño, zinc, níquel y titanio. •Las aleaciones de aluminio se distinguen por su ligereza, fácil mecanizado, amplio rango de propiedades de resistencia •Las aleaciones de cobre que incluyen al bronce y latón: tienen buena resistencia a la corrosión, apariencia atractiva, buenas cualidades antifricción. (rios para tubería, aletas de propulsores marinos, componentes de bombas y joyería ornamental). •El estaño tiene el punto de fusión más bajo de los metales de fundición. Tienen buena resistencia a la corrosión, pero pobre resistencia mecánica. •Las aleaciones de níquel tienen buena resistencia en caliente y resistencia a la corrosión (aplicaciones a altas temperaturas: motores de propulsión a chorro, componentes de cohetes, escudos contra el calor). •Las aleaciones de titanio son resistentes a la corrosión, sin embargo, tienen un alto punto de fusión, baja fluidez y es muy propenso a oxidarse a elevadas temperaturas, Esto hace que el titanio y sus aleaciones sean difíciles de fundir.