Moldeo Y Colada Final 1p1p2r

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Curso:

Procesos de manufactura

Profesor:

Ing. Salazar Bobadilla

Sección:

D

Apellido Paterno

Apellido Materno

Nombres

Especialida d

Código

Ascona

Guelac

Bryan

M4

20111244J

Paredes

Chavez

Renzo

M4

20111308 H

Fecha de presentación:

09/05/2014

2014 Lima, 09 de Mayo del 2014

Firma

Procesos de Manufactura

Este Trabajo va dedicado para todas aquellas personas que hicieron posible la realización de éste y a nuestra Alma Mater, UNI.

Procesos de Manufactura

Índice Contenido OBJETIVOS..........................................................................................................4 FUNDAMENTO TEORICO…………………………………………………………...5 EQUIPOS Y MATERIALES.................................................................................12 PROCEDIMIENTO..............................................................................................14 CALCULOS Y GRAFICOS.................................................................................17 CUESTIONARIO................................................................................................24 CONCLUSIONES...............................................................................................27 OBSERVACIONES.............................................................................................27 RECOMENDACIONES.......................................................................................28 BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................29

Procesos de Manufactura

OBJETIVOS El presente laboratorio tiene como objetivos:  El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de contracción del aluminio (obtener el real).  También verificar los cálculos relativos a la ubicación del bebedero, mazarotas.  Calcular el empuje metalostático fundición.

para que no tenga defectos la

Procesos de Manufactura

FUNDAMENTO TEÓRICO FUNDICIÓN •

Es el 1er proceso de conformado de los metales

•

Bajo costo de fabricación.

•

Aplicado en piezas de forma compleja o de gran volumen

•

Presentan estructura granular equiaxial (grano no deformado).

Horno de arco eléctrico

Procesos de Manufactura

Estructura Granular del acero bajo C% Colada

SOLIDIFICACIÓN Contracción volumétrica de metales, en el proceso de enfriamiento Metal

Aluminio Fundición hierro gris Fundición acero bajo carbono Cobre Bronce (Cu-Sn)

Temperatura Fusión

Contracción volumétrica %

(ºC)

Sólido

Solidificación

Líquida

660

5,6

7

1,2

1200

3

1,8

1458

7,2

3

0,9

1084

7,5

4,5

0,8

1010

6

5,5

CURVA DE ENFRIAMIENTO DEL ALUMINIO Volumen especifico (cm3/g) VS Temperatura (ºC)

Procesos de Manufactura

CURVA DE ENFRIAMIENTO DE UNA ALEACIÓN

MODELO Es un prototipo de la pieza con dimensiones corregidas, por:

Procesos de Manufactura

1. Acabado superficial; dejar material para retirarlo en proceso de acabado, en forma de viruta. 2. Contracción térmica; para compensar la contracción que el material experimenta al enfriarse desde la temperatura de fusión hasta la temperatura ambiente, a las dimensiones de la pieza se le incrementa la contracción del metal en la fase sólida. 3. Angulo de salida, se aplica sólo a los modelos permanentes, para poder retirarlo del molde sin averiarlo. Para facilitar su retiro el modelo debe tener una conicidad en la dirección que se retirara.

TIPOS DE MAZAROTAS

COMPONENTES DE UN MOLDE EN ARENA

Procesos de Manufactura

MAZAROTA O ALIMENTADOR Objetivo: evitar que el vacío o rechupe, generado por la contracción del metal al pasar de la fase liquida a la fase sólida, llegue a la pieza.

Requisitos que debe cumplir la mazarota: 1. Ser la última en solidificar 2. Estar ubicada en las zonas de mayor masa (puntos calientes) 3. Tener el volumen suficiente para compensar la contracción de solidificación de la pieza y de ella misma. 4. Su ubicación debe garantizar, mantener una presión hidrostática para transferir el metal líquido de la mazarota a la pieza.

Procesos de Manufactura

FORMA DE LA MAZAROTA La forma ideal es una esfera. La forma práctica es cilíndrica; con R/D = 0.6 á 1.8

DISEÑO DEL PRODUCTO Para una fundición fácil y eficiente, facilite la producción del molde: •

Evitar complejidades innecesarias, reducir el uso de corazones.

•

Debe evitarse esquinas y ángulos agudos

Procesos de Manufactura

Cambio de diseño para eliminar la necesidad de usar un corazón: (a) diseño original y (b) rediseño DEFECTOS COMUNES EN PIEZAS OBTENIDAS POR FUNDICIÓN

(a) llenado incompleto, (b) junta fría, (c) gránulos fríos, (d) cavidad por contracción, (e) microporosidad y (f) desgarramientos caliente

DEFECTOS COMUNES EN PIEZAS OBTENIDAS POR FUNDICIÓN EN MOLDES DE ARENA

Procesos de Manufactura

EQUIPOS Y MATERIALES

Procesos de Manufactura

 EQUIPO  Modelos  Caja de moldeo

 Tabla de moldeo

 Herramientas de un moldeo 

 T 

Procesos de Manufactura

 Talco o grafito

 Ductos para bebederos

 Arena de moldeo

Procesos de Manufactura

I

PROCEDIMIENTO: 1. Se selecciona la caja de acuerdo al tamaño del modelo.

2. Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la posición de las asas ) 3. Ubicar el modelo (si es entero) o la mitad del modelo (si es partido) en el centro de la caja. 4. Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo. 5. Agregar la arena de o (arena tamizada) aproximadamente que tape 5 cm al modelo. 6. Presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la propiedad plástica de la arena. 7. Llenar la caja con arena de relleno y compactar con los atacadores. 8. Enrasar con una regla, voltear la caja y colocar la caja superior

9. Colocar la otra mitad del modelo (si es modelo partido).

10. Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas y se procede tal como en la caja inferior.

Procesos de Manufactura

11. Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la copa del bebedero.

12. Abrir la caja, extraer el modelo y colocar el ó las almas si es que las tienen, también hacer el conducto de colada y los de las mazarotas.

Procesos de Manufactura

13. Cerrar

la

cuidado que

caja

teniendo

los indicadores de

posición de las cajas coincidan. 14. Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad y colocar su caja en la zona de colada.

15. Tomar la temperatura de colada, sacar el producto y tomar las medidas obtenidas en su producto.

CÁLCULOS Y GRÁFICAS CARACTERISTICAS DEL MODELO

Procesos de Manufactura

     

Densidad = 0.0027 gramos por milímetro cubico Área del modelo=133.48*2+53.3406+41.07+1.2*2*3.5=369.77 2 2 cm =36977.06 mm Volumen del modelo=133.48 * 1.2 = 160.176 cm3 = 160176.1011 mm3 Masa del modelo=0.0027*160176.1011=432.4755 gr El Bebedero: Es de forma de tronco cónica es de esa forma para evitar la turbulencia y tiene un diámetro de 12mm y un Angulo de salida 2º Canal de alimentación: Sección rectangular de lado 18mm con una longitud de 55mm

REGLA DE CHVORINOV

TSFM :

Tiempo de solidificación de una pieza

Procesos de Manufactura

K V A

: : :

Constante de molde Volumen de la pieza Área de la pieza

PARA UNA MAZAROTA CILINDRICA

Vm: Volumen de la mazarota D: Diámetro de la mazarota r: Relación por la altura de la caja H/D =1

De la relación de chvorinov tenemos que asegurar t sfm >tsfp , por lo que se asume un 50% más , entonces:

Se obtiene:

M=

M=

V r.D = A 2+ 4 r

V 160176.1011 = =4.33 mm A 36977.06

Utilizando la relación de chvorinov para (r=1) “Aplanado”

Procesos de Manufactura

D = √ 1.5∗4.33 6 D=31.8189 mm ≈ 32 mm H=32 mm

CALCULO DE LA CANTIDAD DE METAL QUE SE NECESITA PARA LLENAR EL MOLDE

A 25ºC

ρa=2.7

V a=

gr cm 3

1 cm 3 =0.3704 ρa gr

De la siguiente Tabla:

Procesos de Manufactura

v fs

=

0.37037

= 1−5.6

v fs 1−contra . solidificacion

v fl =

vc

va 1−contra . solida

=

v fl 1−contra .liquida

=

=

cm = 0.392

gr

0.392 cm3 =0.422 1−7 gr

3 0.422 cm =0.427 1−1.2 gr

Esquema grafico de los valores aprox de Vfl,Vc,Vfs,Va

Luego se sabe:

3

Procesos de Manufactura

ρc =

1 gr =2.342 3 Vc cm

Usando el concepto de masa

El volumen del bebedero y del canal de alimentación se estima en 10% del volumen de la pieza π V c =V p +V B +V c + V m=1.1 V p +V m=1.1∗160.176+ ∗D 2∗H 4 π Vc=1.1∗160.176+ ∗3.22∗3.2 4 3 Vc=201.9295 cm Reemplazando en la fórmula de la masa m=2.342∗201.9295=472.919 g r ≈ 0.473 Kg

CÁLCULO DEL EMPUJE METALOSTATICO QUE SOPORTA LA CAJA SUPERIOR Cuando se realiza la colada, ocurre una serie de acciones como son, la presión ejercida del metal liquido sobre las paredes del molde y los cuerpos ubicados dentro del mismo como son las almas o machos, esto es el empuje metalostatico

E : Empuje metalostatico ρ : densidad del líquido (gr/ cm 3 ) γ : Peso específico del líquido (N/ cm3 )

Cálculo del volumen sumergido

Procesos de Manufactura

∑ ¿=133.48∗3.2−

1∗π ∗3.22∗3.2 4

V¿

∑ ¿=401.4 cm3 V¿

Reemplazando en la ecuación del Empuje metalostatico se obtiene Vsum∗2.7 Kg ∗9.81 cm3 E= m/s 2 1000 E=10.711 N

CÁLCULO DE LAS DIMENSIONES DE LA PIEZA SIN ACABADO A TEMPERATURA AMBIENTE Teniendo en cuenta el coeficiente de contracción del aluminio indique las medidas que debe tener su producto después de fundido

C volumetrica del solido :Coeficiente de contraccion termicadel aluminio C volumetrica del solido =0.056 Reemplazando en la formula 0.056 Lgrosor =3.5 1− =3.5∗0.9813=3.4345 cm 3

(

(

Llados=12 1−

)

0.056 =12∗0.9813=11.7756 cm 3

)

(

Lmediaelipse mayor =20.451 1−

(

Lespesor =1.2 1−

0.56 =20.451∗0.9813=20.068 cm 3

)

0.56 =1.2∗0.9813=1.1776 cm 3

)

Procesos de Manufactura

(

Lmediaelipse menor =10.225 1−

0.56 =10.225∗0.9813=10.034 cm 3

)

CALCULO DEL RENDIMIENTO DE LA FUNDICION

El volumen del bebedero y del canal de alimentación se estima en 10% del volumen de la pieza Rendimiento=

V pieza VP = V pieza +V bebedero + V canal +V molde 1.1V p +V m

160176.1011 π 160176.1011∗1.1+ ∗322∗32 4 Rendimiento=79.323 Rendimiento=

CALCULO DEL TIEMPO DE LLENADO DE LA PIEZA Y LA MAZAROTA

SB : Sección de descarga del bebedero Vp : Volumen de la pieza H

: Altura de la mazarota

Considerando una SB=10 cm 2

t llenado de la pieza =

160.176 =0.2021 seg 10∗√ 2∗981∗3.2

Procesos de Manufactura

Se sabe

π S M = ∗3.22 4

π 2 ∗3.2 ∗2∗√3.2 4 t llenado de lamazarota = =0.065 seg 10∗√ 2∗981

t llenado de lamazarota
CUESTIONARIO 

Indique si la ubicación de los bebederos y mazarota cumplieron su objetivo Mediante la observación del resultado de la fundición, nos damos cuenta que la ubicación de la mazarota y el bebedero no se realizó en los lugares correctos y por ende podemos decir que no cumplieron su objetivo, aunque los errores fueron poco apreciables a diferencia de otros casos.



Indique usted las zonas calientes de su proyecto

Procesos de Manufactura



Grafique la curva de enfriamiento de su proyecto

v a =0.371 v fs =0.392

Procesos de Manufactura

v fl =0.422 v c =0.427 ≈ 0.43



Indique usted los defectos obtenidos en el proceso indicando la causa y la solución RECHUPE: Este defecto es una depresión de la superficie o un hueco interno en la fundición debido a la contracción por solidificación que restringe la cantidad de metal fundido disponible en la última región que solidifica. Ocurre frecuentemente cerca de la parte superior de la fundición. El problema se puede resolver frecuentemente por un diseño apropiado de la mazarota.

CAÍDAS DE ARENA. Este defecto provoca una irregularidad en la superficie de la fundición, que resulta de la erosión del molde de arena durante el vaciado. El contorno de la erosión se imprime en la superficie de la fundición final.

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

Procesos de Manufactura

granos de arena y metal. Una mejor compactación del molde de arena ayuda a evitar esta condición.



Las características de la arena utilizada son las apropiadas para su proyecto. En el laboratorio solo pudimos realizar el proceso de fundición con arena utilizada en trabajos anteriores. Por tal motivo la arena no sería de muy buenas características para la ejecución del proyecto, sin embargo, es una muy buena opción para realizar la práctica.

CONCLUSIONES  Se necesita una mazarota cilíndrica de diámetro    

32 mm y altura

también de 32 mm. Se necesita 0.473 Kg de metal que se necesita para llenar el molde. El empuje metalostatico que soporta la caja superior es E=10.711 N . El rendimiento de la fundición es 79.323 . El tiempo de llenado de la mazarota es 0.065 seg .

OBSERVACIONES  Nos resulta

t llenado de lamazarota
Esto es incorrecto ya que el tiempo de llenado de la mazarota tiene que ser mayor al de la pieza para así estar seguro que ha rellenado a toda la pieza por completo el error viene del H a que se debe?

Se debe

Procesos de Manufactura

posiblemente al aproximar la curvatura de la U a una elipse posiblemente estamos adicionándole área de más y que trae como consecuencia que se tenga un H pequeño.  De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser peligrosos si se respiran  La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice.

RECOMENDACIONES

 En las fundiciones existen muchos peligros, los materiales utilizados en los moldes de arena pueden crear sílice cristalina. Los dispositivos de corte, los chorros de arena y el esmerilado crean polvo. Estas actividades

combinadas producen

un

ambiente

ruidoso. Los

trabajadores necesitan buenas prácticas de trabajo, ventilación adecuada y equipos de protección personal.  Los equipos de protección personal protegen contra el ambiente de la fundición. El uso de zapatos de cuero, guantes y anteojos con resguardos laterales. Usar protección para los oídos en ambientes ruidosos. Cuando el trabajo se realiza directamente con metales fundidos, en el calor o cerca de las llamas, es conveniente el uso de un casco de seguridad, delantal, chamarra o capa, chaparreras y polainas de cuero, de tela de fibra de vidrio con recubrimiento de aluminio, de telas sintéticas o de lana tratada. No trabajar con equipos o procesos que no conoce.  De los metales fundidos se desprenden gases que pueden ser peligrosos si se respiran, para ello se debe usar equipos de respiración.  La arena de los moldes frecuentemente contiene sílice; quedar expuesto a sílice cristalina, puede causar una enfermedad en los pulmones.  Empacar los moldes, sacudirlos o limpiar las piezas fundidas también puede ser una fuente de sílice cristalina, por lo tanto se deben usar

Procesos de Manufactura

equipos de respiración y trabajar en un área con buena ventilación. Los procesos cerrados y/o automatizados pueden reducir aún más la exposición a sustancias peligrosas en el aire.

BIBLIOGRAFÍA 1. GROOVER, Mikell P. 1997 Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos y Sistemas. : Edit. Prentice–Hall Hispanoamericana S.A. (PHH) 2. KALPAKJIAN, Serope y SCHMID, Steven 2008 “Manufactura, Ingeniería y Tecnología”; 5ta edición, Ed. Pearson Prentice Hall. 3. DOYLE, Lawrence 1991“Materiales y Procesos de Manufactura para Ingenieros” Edit. Prentice–Hall Hispanoamericana S.A. (PHH)