Proceso De Fundicion Y Moldeo r3360

17 INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE FUNDICIÓN Y MOLDEO La fundición además de una industria es también un arte, ya que sin más ayuda que la de un modelo y algunas herramientas rudimentarias puede producir piezas muy complejas. El procedimiento de la fundición permite obtener fácilmente piezas de diversas formas y tamaños y utilizar de modo conveniente algunos metales y aleaciones cuyas características particulares no los hacen aptos para la laminación, la forja o la soldadura, por ejemplo el hierro colado. Para terminar la pieza hace falta como en todos los demás procedimientos industriales , someter las materia primas que en este caso es el metal en bruto fundido en lingotes y la chatarra y las materias auxiliares (esto es, el combustible, las arenas, los aglutinantes, entre otras). El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos). Procesos de fundición Procesos Convencionales de Obtención del acero No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 A.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 A.C., la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico. Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV D.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar

18 la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico. Como se puede ver en la figura.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte de hierro superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero. La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Pero en 1984 se adoptaron métodos más eficientes llamados convertidores básicos de oxigeno. Por lo tanto existen diferentes tipos de hornos que se consideran como procesos convencionales para la obtención del acero son: 1. 2. 3. 4.

ALTO HORNO OXICONVERTIDORES SIEMMENS – MARTIN HORNO DE CUBILOTE

Figura 1 Muestra los procesos para la obtención de acero.

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Procesos de moldeo Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La

20 fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte), la extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos). Procesos de Fundición La realización de este proceso empieza lógicamente con el molde. La cavidad de este debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje de contracción, por lo tanto si la presión dimensional es crítica la cavidad debe diseñarse para el metal particular que se va a fundir. Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso, cerámica y metal. Los procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes. Para entender el proceso de fundición, es necesario conocer cómo se hace el molde y qué los factores son importantes para realizar un buena fundición. Los principales factores son:  Procedimiento del molde  Moldeo  Arena  Corazones  Equipo mecánico  Metal  Vaciado  Limpieza PROCEDIMIENTO. Se calienta primero el metal a una temperatura lo suficientemente alta para transformarlo completamente al estado líquido, después se vierte directamente en la cavidad del molde. En un molde abierto el metal líquido se vacía simplemente hasta llenar la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una vía de paso llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el más importante en operaciones de fundición. Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta la temperatura suficiente para el punto de congelación de un metal puro, empieza la solidificación que involucra un cambio de fase del metal. Se requiere tiempo para completar este cambio de fase porque es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las propiedades y características de la fundición. Al enfriarse la fundición se remueve del molde; para ello

21 pueden necesitarse procesamientos posteriores dependiendo del método de fundición y del metal que se usa. Entre ellos tenemos:  El desbaste del metal excedente de la fundición.  La limpieza de la superficie.  Tratamiento térmico para mejorar sus propiedades.  Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y la micro estructura metal metalúrgica asociada. FIGURA1.Componentes de un molde

22 FIGURA 2. Componentes del proceso de fundición

Los moldes se clasifican según los materiales usados en: Moldes de arena en verde Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda, usada en ambos procedimientos. La llamada arena verde es simplemente arena que no se ha curado, es decir, que no se ha endurecido por horneado. El color natural de la arena va desde el blanco hasta el canela claro, pero con el uso se va ennegreciendo. La arena no tiene suficiente resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para darle resistencia; luego se agrega un poco de agua para que se adhiera. Esta arena se puede volver a emplear solo añadiendo una cantidad determinada de aglutinante cuando se considere necesario. Moldes con capa seca Dos métodos son generalmente usados en la preparación de moldes con capa seca. En uno la arena alrededor del modelo a una profundidad aproximada de 10 mm se mezcla con un compuesto de tal manera que se seca y se obtiene una superficie dura en el molde. El otro método es hacer el molde entero de arena verde y luego cubrir su superficie con un rociador de tal manera que se endurezca la arena cuando el calor es aplicado. Los rociadores usados para este propósito contienen aceite de linaza, agua de melaza, almidón gelatinizado y soluciones liquidas similares. En ambos métodos el

23 molde debe secarse de dos maneras: por aire o por una antorcha para endurecer la superficie y eliminar el exceso de humedad. Moldes con arena seca Estos moldes son hechos enteramente de arena común de moldeo mezclada con un material aditivo similar al que se emplea en el método anterior. Los moldes deben ser cocados totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad. Moldes de arcilla Los moldes de arcilla se usan para trabajos grandes. Primero se construye el molde con ladrillo o grandes partes de hierro. Luego, todas estas partes se emplastecen con una capa de mortero de arcilla, la forma del molde se empieza a obtener con una terraja o esqueleto del modelo. Luego se permite que el molde se seque completamente de tal manera que pueda resistir la presión completa del metal vaciado. Estos moldes requieren de mucho tiempo para hacerse y su uso no es muy extenso. Moldes furánico El proceso es bueno para la fabricación de moldes usando modelos y corazones desechables. La arena seca de grano agudo se mezcla con ácido fosfórico el cual actúa como un acelerador. La resina furánica es agregada y se mezcla de forma continua el tiempo suficiente para distribuir la resina. El material de arena empieza a endurecerse casi de inmediato al aire, pero el tiempo demora lo suficiente para permitir el moldeo. El material usualmente se endurece de una a dos horas, tiempo suficiente para permitir alojar los corazones y que puedan ser removidos en el molde. En uso con modelos desechables la arena de resina furánica puede ser empleada como una pared o cáscara alrededor del modelo que estará soportado con arena de grano agudo o en verde o puede ser usada como el material completo del molde. Moldes de CO2 En este proceso la arena limpia se mezcla con silicato de sodio y es apisonada alrededor del modelo. Cuando el gas de CO 2 es alimentado a presión en el molde, la arena mezclada se endurece. Piezas de fundición lisas y de forma intrincada se pueden obtener por este método, aunque el proceso fue desarrollado originalmente para la fabricación de corazones. Moldes de metal Los moldes de metal se usan principalmente en fundición en matriz de aleaciones de bajo punto de fusión. Las piezas de fundición se obtienen de formas exactas con una superficie fina, esto elimina mucho trabajo de maquinado. Moldes especiales Plástico, cemento, papel, yeso, madera y hule todos estos son materiales usados en moldes para aplicaciones particulares. El molde debe poseer las siguientes características:

24      

Debe ser lo suficientemente fuerte para sostener el peso del metal. Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la colada. Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llena con el metal fundido. Los gases contaminan el metal y pueden alterar el molde. Debe construirse de modo que cualquier gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, más bien que penetrar el metal. Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal y poderse desprender con limpieza del colado después del enfriamiento. El corazón debe ceder lo suficiente para permitir la contracción del colado después de la solidificación.

MAQUINAS PARA MOLDEO Estas máquinas ofrecen velocidades más altas de producción y mejor calidad de los colados además de mano de obra ligera y costos más bajos. Máquinas de moldeo por sacudida y compresión Consta básicamente de una mesa accionada por dos pistones en cilindros de aire, uno dentro del otro. El molde en la mesa se sacude por la acción del pistón inferior que eleva la mesa en forma repetida y la deja caer bruscamente en un colchón de rebote. Las sacudidas empacan la arena en las partes inferiores de la caja de moldeo pero no en la parte superior. El cilindro más grande empuja hacia arriba la mesa para comprimir la arena en el molde contra el cabezal de compresión en la parte superior. La opresión comprime las capas superiores de la arena en el molde pero algunas veces no penetra en forma efectiva todas las áreas del modelo. Maquinas de sacudida y vuelco con retiro del modelo En esta máquina una caja de modelo se coloca sobre un modelo en una mesa, se llena con arena y se sacude. El exceso de arena se enrasa y se engrapa un tablero inferior a la caja de moldeo. La máquina eleva el molde y lo desliza en una mesa o transportador. La caja se libera de la máquina, el modelo se vibra, se saca del molde y se regresa a la posición de carga. Máquinas similares comprimen y también sacuden. Máquina lanzadora de arena Esta máquina logra un empaque consistente y un efecto de apisonado lanzando arena con alta velocidad al modelo. La arena de una tolva se alimenta mediante una banda a un impulsor de alta velocidad en el cabezal. Una disposición común es suspender la lanzadora con contrapesos y moverla para dirigir la corriente de arena con ventaja dentro de un molde. La dureza del molde se puede controlar mediante el operador cambiando la velocidad del impulsor y moviendo la cabeza impulsora. Su principal utilidad es para apisonar grandes moldes y su única función es empacar la arena en los moldes. Generalmente trabaja con el equipo de retiro del modelo. Los procesos de moldes en fundición comercialmente ordinaria pueden ser clasificados como:

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Moldeo en banco Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños, y se hace en un banco de una altura conveniente para el moldeador. En estos tipos de moldeo se producen grandes cantidades, también se utilizan placas correlativas que son modelos especiales metálicos de una sola pieza al igual que las cajas de tableros de soporte que permiten sacar con facilidad el modelo del molde de arena, el cual se puede volver a utilizar. Moldeo en piso Cuando las piezas de fundición aumentan de tamaño, resulta difícil su manejo, por consiguiente, el trabajo es hecho en el piso. Este tipo de moldeo se usa prácticamente todas las piezas medianas y de gran tamaño. Suelen ser muy costosos, tienen el mismo procedimiento que el moldeo en banco salvo las características ya mencionadas. Moldeo en fosa Las piezas de fundición extremadamente grandes son moldeadas en una fosa en vez de moldear en cajas. La fosa actúa como la base de la caja, y se usa una capa separadora encima de él. Los lados de la fosa son una línea de ladrillos y en el fondo hay una capa gruesa de carbón con tubos de ventilación conectados a nivel del piso. Entonces los moldes de fosa pueden resistir las presiones que se desarrollan por el calor de los gases, esta práctica ahorra mucho en moldes costosos. Molde en máquina Las maquinas han sido construidas para hacer un numero de operaciones que el moldeador hace ordinariamente a mano, tales como apisonar la arena, voltear el molde completo, formar la alimentación y sacar el modelo; todas estas operaciones pueden hacerse con la maquina mucho mejor y más eficiente que a mano. ARENAS. Existen diferentes tipos de arenas. Arena Sílica (SiO2) Se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal La arena sílica pura no es conveniente por si misma para el trabajo de moldeo puesto que adolece de propiedades aglomerantes. Las propiedades aglomerantes se pueden obtener por adición de 8 a 16% de arcilla. Los tres tipos de arcilla comúnmente usados son, la Caolinita, Ilita y Bentonita. Esta ultima, usadas con más frecuencia, proviene de cenizas volcánicas. Arenas naturales (semisintéticas).

26 Estas se han formado por la erosión de las rocas ígneas; se mezclan adecuadamente con arcillas al extraerlos en las canteras y solo se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeos de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos. La gran cantidad de materia orgánica encontrada en las arenas naturales impiden que sean lo suficientemente refractarias para usos en temperaturas elevadas, tal y como en el modelo de metales y aleaciones con alto punto de fusión. Se clasifican en: De acuerdo a su contenido de arcilla.  Tierras grasas  Tierras semigrasas  Tierras Magras  Arenas Silicas De acuerdo a la forma de su grano  grano esferoidal  grano angulado  grano compuesto  grano subangulado  grano redondos De acuerdo a la dimensión del grano.  Grano grueso  Grano mediano  Grano fino Calidad de las arenas Para determinar la calidad esencial de la arena de fundición se hace necesaria algunas pruebas periódicas. Las propiedades cambian por contaminación con materiales estaños, por la acción del lavado en el recocido, por el cambio gradual y la distribución de los tamaños de grano y por la continua exposición de esta a altas temperaturas. Las pruebas pueden ser tanto químicas como mecánicas, pero a aparte de la determinación de los elementos indeseables en la arena, las pruebas químicas son de poco uso. Las mayorías de las pruebas mecánicas son simples y no requieren equipos elaborados. Varias de las pruebas están diseñadas para determinar las siguientes propiedades de la arena de moldeo. Permeabilidad. La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y vapores formados en el molde. Resistencia. La arena debe ser cohesiva hasta el grado de que tenga suficiente ligazón, tanto el contenido de agua como el de arcilla, afecta la propiedad de la cohesión. Resistencia en seco. Es la resistencia necesaria en la arena para mantener la forma de la cavidad del molde cuando este seca.

27 Resistencia en verde. es la capacidad de la arena para formar grumos para retener la forma necesaria. Refractariedad. La

arena

debe

resistir

las

altas

temperaturas

sin

fundirse.

Resistencia en caliente: Esta resistencia hace que la arena no se deteriore ni cambie sus dimensiones. Una vez que el metal se solidifica y seca las orillas del molde, la arena se calentará mucho; pero en ese momento se solidificó el metal y no es crítico el estado de la arena. Desprendimiento. Es la facilidad de la arena para sacudirla o sacarla después que solidificó la pieza. Si la arena tiene mucho aglutinante se endurece mucho al secarlas y se hace difícil separarla de la pieza fundida. Tamaño y forma del grano. La arena debe tener un tamaño de grano dependiente de la superficie que se trate de producir, y los granos deben ser irregulares hasta tal grado que mantenga suficiente cohesión. Las arenas de moldeo sintéticas. Se componen de Sílice lava de granos agudos, a lo que se añade 3 a 5% de arcilla. Con las arenas sintéticas se generan menos gas ya que se requiere menos del 5% de humedad para que desarrolle su resistencia adecuada. CORAZONES. Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se pueden formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición mediante los corazones. Los corazones se clasifican como:  CORAZONES DE ARENA VERDE.  CORAZONES DE ARENA SECA. Los de arena verde Son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde. Los corazones de arena seca Son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde. En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible para mantener el costo de los modelos y de las piezas de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción.

28 Un corazón debe ser: Permeable. Capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores. Refractario. Capacidad de soportar altas temperaturas. Facilidad de colapso. Habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el colado y se contrae. Resistencia en seco. Para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño cuando esté rodeado del metal fundido. Friabilidad. Facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado. Debe tener una tendencia mínima a generar gas. Moldeo por Lingoteras Las lingoteras son moldes de fundición en forma de tronco, de pirámide, cuadrada o redonda. Las piezas de metal o aleaciones obtenidas o moldeadas en las lingoteras se denominan lingotes y constituyen la forma comercial con que se vende el metal de aleación en bruto para la fabricación posterior de productos o semiproductos, para el modelo de piezas en segunda fusión es decir por fundición, o bien para forma, entre otras. La clase de metal colado y el producto son factores que determinan el peso de lingote. Los lingotes de sección rectangular o cuadrada, tienen sus aristas redondeadas y los lados corrugados. Este redondeado reduce la tendencia de los granos columnares a convergir, formando un plano débil. Este corrugamiento hace acelerar el enfriamiento, lo cual es un proceso que reduce el tamaño de los granos columnares formados. Cuando, se vacía un lingote la solidificación es progresiva, comenzando en la superficie de molde y progresando hacia el centro. La superficie superior de cada lingote solidifica inmediatamente, así como las paredes y porque el rechupe de la parte superior de metal solidificado se forma una cavidad grande en el centro de tubo de interior de lingote. Existen dos tipos de moldes para lingotes Lingotes con el extremo, grueso hacia arriba y lingotes con extremo grueso hacia abajo. Los lingotes con el extremo hacia arriba tienen, en la parte superior del molde un gran volumen de metal caliente, disponible durante el periodo de enfriamiento y al solidificar muestran pocas pérdidas de metal debido a las cavidades por rechupe. Los lingotes deben cumplir ciertas propiedades: Rechupe: Su origen esta en la variación de los volúmenes que se producen en la solidificación.

29 Textura: En el corte transversal se revelan tres zonas: a) Zona central: Resultado de la uniformación de la temperatura en el corazón del lingote al final de la solidificación. b) Zona basáltica: Resultado del crecimiento de cientos de cristales. c) La piel: Zona delgada que solidifica rápidamente al o, con la pared de la lingotera. Las lingoteras se disponen alineadas en el suelo de la nave de colado o en una fosa, el llenado se hace por dos procedimientos. Colada directa: Se efectúa llenando las lingoteras por la parte superior. Colada en sifón: Se disponen las lingoteras unidas por la parte inferior con conducto de tierra, la colada. Se efectúa por la lingotera madre llenándose las demás lingoteras a través de los conductos de abajo hacia arriba. Una vez vertido el metal en la lingotera aproximadamente de dos a tres minutos después de la colada, el metal al contraerse se separa de las paredes del molde para dejar un espacio y así poder desmoldarlo, esto se realiza a través de un desmoldeador "Strippe". El cual levanta la lingotera y empujando el lingote con un pistón desmoldeador, se logra la extracción del lingote. Moldeo por Colado Continuo. Este método consiste en vaciar continuamente el metal fundido en el interior de u molde, el cual tiene las facilidades para enfriar rápidamente el metal hasta el punto de solidificación, y enseguida extraerlo del molde. Los procesos pueden ser los siguientes: Proceso de Molde Alternativo Este proceso utiliza un molde de cobre alternativo enfriado por agua, la carrera hacia abajo se sincroniza con la velocidad de descarga de la plancha. El metal líquido es vaciado en un homo mantenedor, y se descarga en un molde después de haber sido medido a través de un orificio do 22 mm a la válvula de la aguja. El metal fundido se distribuye transversalmente en el molde por medio de una pieza horizontal atravesada que queda sumergida. El nivel del metal se mantiene todo el tiempo constante. La velocidad de vaciado del metal liquido se controla mediante una válvula de aguja que sale por la parte superior del homo mantenedor. A medida que el metal se enfría en la parte inferior del molde, es descargado a velocidad constante, entrando a los rodillos separadores. Estos van sincronizados con el movimiento hacia abajo del molde y están montados justamente arriba de una sierra circular que corta los planchones a las longitudes requeridas. Proceso Asarco Este proceso difiere de otros a procesos continuos en que la matriz formadora o molde queda integrados con el horno y no hay problema para controlar el flujo de metal. El metal se alimenta por gravedad al interior del molde desde el horno y se va solidificando continuamente y es extraído por los rodillos inferiores. Una parte importante de este proceso es la matriz de grafito enfriada por agua, que es autolubricada, es resistente a

30 los choques térmicos y no a atacada por las aleaciones a base de cobre. Al iniciar el proceso se coloca entre los rodillos extractores una barra del mismo perfil que la que se va a colar, en el interior de la matriz. Esta barra se engarza con una longitud corta de la que se va a fundir. A medida que el metal liquido entra en la matriz, funde en el extremo superior de la barra formando una unión perfecta. El ciclo de colado comienza luego con los rodillos extractores y el metal fundido solidifica de continuo a medida que se va enfriando y es extraído de la matriz. Cuando la fundición deja el horno, llega finalmente al piso de corte donde es cortada a la longitud deseada estando todavía en movimiento. Un receptor oscilante toma la pieza y la descarga en posición horizontal y de ahí va a las operaciones de inspección y enderezado. Este proceso ha tenido éxito para realizar procesos como; piezas redondas, tubos cuadrados o formas especiales. Proceso de Fundición Continua con Moldes de Latón. El proceso de fundición continua para aceros al carbono y aceros aleados usando moldes de latón o cobre de grandes espesores los cuales permiten una velocidad de flujo de calor que es suficiente para prevenir que el molde no sea bañado por el metal que se empieza a vaciar. Los moldes de latón o cobre tienen una alta conductividad de calor que no son fáciles de ser mojadas por el acero líquido. La sección transversal usada como dato varía alrededor de 7 a 57 mm2. El metal es suministrado al molde por medio de una boquilla colocada en un vertedero o caja de colado. El vertedero es a su vez alimentado desde una olla convencional. El enfriamiento rápido del molde es esencial para el éxito de este proceso y da como resultado una mejoría en la vida del molde, menor segregación, menor tamaño del grano y una mejor superficie. Realmente el metal que esta próximo a las paredes del molde solidifica solo unos cuantos centímetros abajo de la superficie superior y se contrae ligeramente a partir de las paredes del molde. A medida que la sección fundida abandona el molde frió pasa por una sección que controla la velocidad de enfriamiento y en donde los rodillos guiadores impiden la expansión de la pieza fundida. Abajo de esta área están los rodillos extractores que controlan la velocidad a la cual, la pieza debe pasar por el área de corte. Los colados se cortan a las longitudes requeridas por medio de un soplete de oxiacetileno. Los colados se rolan, forjan o extruyen en lupias, tochos, o planchones.

FIGURA 4. Colado continúo de Perfiles

31

Proceso de enfriamiento Directo. En este proceso se vacían en forma continua lingotes de aluminio y de aleaciones de aluminio, formando una cáscara en un molde vertical estacionario enfriado por agua. La solidificación se complementa por la aplicación directa de agua abajo del molde. Al comenzar, el molde esta tapado por un bloque colocado sobre un elevador o por medio de un falso lingote. El metal líquido es alimentado desde un horno a través de vertederos y conductos, regulando el flujo manual o automáticamente por medio de un flotador controlador, de modo que coincide con la rapidez del colado que se controla mediante el elevador o de rodillos impulsores. Se producen piezas de secciones arriba del m2. Las longitudes 2.5 a 3.8 m de largo limitados por la carrera del elevador o bien cuando se emplean rodillos, los lingotes se cortan a las longitudes finales. La calidad superficial es adecuada tal y como sale del colado para ciertas aleaciones y productos o puede requerir quitar una delgada capa superficial para otras aleaciones, o para aplicaciones más criticas.

FIGURA 5. Vaciado de lingotes de Aluminio por enfriamiento. Moldeo por Pieza En el moldeo de piezas trataremos los siguientes procedimientos: 1. Con moldes permanentes 2. Con moldes no permanentes 3. Métodos actuales 1. Centrifuga 2. Centrifuga real 3. Semicentrifuga a) Moldes Permanentes. Los moldes permanentes están constituidos de materiales cementados (cemento yeso entre otros), y son utilizados para producciones en serie y para modificar la estructura de las piezas cuando llevan corazón, las piezas a moldear, las modificaciones no se harán al modelo patrón, si no al molde permanente

32 dependiendo de las necesidades que Los moldes permanentes se clasifican Moldes permanente por presión Moldes permanentes por gravedad Moldes permanentes por Presión.

se

requieren

en

el

momento.

Estos moldes se realizan montando un molde metálico sobre un horno de inducción donde el horno se encuentra sellado y se le inyecta gas, bajo presión, que se utiliza para forzar el metal líquido en el horno a través del refractario calentado en el "tallo" en la cavidad. Algunas veces se usan bombas de vacío para remover el aire atrapado en el molde y para asegurar una estructura más densa y un llenado rápido. El proceso es más económico obtienen un buena producción. Las piezas producidas por este método están libres de inclusiones, tienen buena precisión dimensional, y las pérdidas por sobras son comúnmente menores del 10% y pueden ser tan bajas como el 2%.

FIGURA 6. Molde Permanente Por Presión. Molde Permanente por Gravedad Este método utiliza un molde permanente hecho de metal o grafito. Estos moldes se recubren con una sustancia refractaria y luego con negro de humo, la cual reduce los efectos del enfriamiento en el metal y facilita la remoción de la pieza de fundición. No se utiliza presión excepto la obtenida por la altura del metal en el molde. El proceso se usa satisfactoriamente para piezas de fundición ferrosa y no ferrosa, aunque este último tipo, no presenta muchos problemas como las piezas de fundición ferrosa debido a las bajas temperaturas de vaciado. En este tipo de moldes se pueden utilizar corazones tanto de metal como de arena seca. El tipo más simple de molde permanente está embisagrado de un lado del molde, teniendo en el otro lado del molde dispositivos para mantener juntas las dos mitades.

33 Los moldes permanentes producen piezas libres de arena con un buen acabado y detalles en la superficie. Se adaptan especialmente a la producción de piezas pequeñas y de tamaño medio y son capaces de mantener tolerancias que van desde 0.064 a 0.25 mm. Una desventaja de este proceso es el alto costo de equipo y el costo de mantenimiento de los moldes. Se obtienen productos tales, como pistones de aluminio, utensilios de cocina, partes de refrigerados, planchas eléctricas y pequeños discos para engrane. En la elaboración de moldes permanentes es necesario tomar en cuenta factores tanto metalúrgicos como mecánicos, también dentro de los factores que deben tomarse en cuenta: los rechupes, la forma en que se realiza el vaciado, el buen escape de los aires, el uso de corazones, entre otros.

Rechupes: Son cavidades que se forman en las piezas debido a la falta de metal, podemos poner atención en la porosidad del rechupe que es una falla que puede prevalecer si ocurren cambios abruptos de sección en el molde. Por esto deben evitarse estos cambios en el diseño del mismo, cuanto sea posible. Otra causa de rechupes, es que en el momento de vaciar el metal, este se enfrié y se solidifique en el canal angosto por el que pasa, antes de llenar la sección derecha de la pieza. Para evitar estos rechupes lo que se puede hacer es alimentar el metal fundido simultáneamente en ambos lados de la pieza a fabricar y así se reducirá el riesgo de que se produzcan rechupes. Vaciado El vaciado del metal el cual se puede realizar en pequeñas cantidades a través de una cuchara de vaciado o si se requiere más metal, o si se trata de un metal más pesado, se han diseñado cucharas para ser usadas por dos nombres o si se trata de una producción en masa, se realiza colocando los moldes sobre transportadores y haciéndolos pasar lentamente, por una estación de vaciado. Esta estación de vaciado puede ser localizada permanentemente cerca del horno o el metal puede ser traído a ciertos puntos por equipo de manejo aéreo. Ventilación Debe preverse el escape de aire, de la cavidad del molde al inyectar el metal fundido. Es necesario, una ventilación apropiada. La línea de división del molde puede adaptarse de manera que tenga ductos de ventilación cortando ranuras de poca profundidad de unos 25 mm. de ancho y 0, 13 mm. de profundidad sobre la cara del miembro del molde que contiene la cavidad. Estos ductos permiten el escape de aire, pero el metal fundido se solidifica inmediatamente que entra al orificio angosto. Corazones

34 En algunos casos, es inevitable el uso de corazones y estos son generalmente removidos del vaciado después de que éste abandona el molde. Con el desgaste del molde, la marca de la línea de división será más intensa en el vaciado. Deberá por tanto, estar en una posición en que sea fácil de eliminar. Siempre que sea posible, dos puntos distintivos, que deban mantenerse a una distancia precisa, deberán ser corazonados en la misma mitad del molde, generalmente móvil. Si se encuentran separados por la línea de división, Pueden ocurrir variaciones en la distancia que las separa, ya que siempre pueden existir pequeñas partículas que se alojen entre las caras del molde y eviten que éste cierre completamente. Existen aceros para moldes permanentes, los aceros adecuados para manufactura de moldes permanentes para vaciado a presión varían en composición desde los aceros simples de medio carbono para usarse con aleaciones de baja temperatura a aceros cromo-molibdeno-tungsteno-cobalto para el vaciado de aleaciones a base de cobre. También existen, aleaciones para moldes permanentes las cuales se determinan dependiendo de las propiedades mecánicas necesarias en las piezas a fabricar se encontrara, que bajo condiciones de trabajo normales hay poco de donde elegir entre las aleaciones a base de zinc y a base de aluminio, por lo que respecta a la resistencia y porciento de alargamiento. A continuación se muestra una tabla que muestra los tipos y los materiales de los modelos para los moldes permanentes

TABLA 1. Tipos de moldes permanentes. b) Moldes No Permanentes La fabricación de moldes transitorios o llamados tambien permanentes, requiere de: Modelos Cajas de moldeo Herramientas Maquinaria Se puede clasificar los modelos en:

35 a.- Moldeo a Mano Es aquel en el que todas las operaciones se realizan manualmente, ya sea con ayuda eventual de medios de levantamiento o de transporte o de utensilios mecánicos. b.- Moldeo En el cual algunos o todas las operaciones son realizadas por medio de máquinas adecuadas. En el moldeo mecánico es indispensable la ayuda de medios de levantamiento y de transporte para asegurar en las operaciones auxiliares el mismo ritmo de producción que el que imprimen las máquinas de moldear. En los moldes perdidos, la arena debe ser contenida en un recipiente adecuado que soporte la fuerza de compresión de la arena y la presión metalostática que ejerce el metal líquido en el acto de la colada. En los moldes perdidos la arena puede atacarse de diversas maneras: a.- A presión.- Cuando se dispone en tomo al modelo y en la caja una cierta cantidad de arena suelta para ir atacando en la medida y dirección adecuadas. Este atacado puede efectuarse directamente con la mano, usando atacadores de mano, neumáticos o eléctricos, con una máquina que pueda ser accionada a mano o por fuerza hidráulica o neumática. b.- Por sacudimiento o vibración.- Una vez colocada la arena en torno al modelo dentro de la caja, se somete el conjunto en una serie de sacudidas o de vibraciones que asientan los granos de la arena. c.- Por sacudimiento y presión combinados. d.- Por proyección centrifuga. e.- Por proyección neumática. Características: 1-. Ser plásticos 2.- Tener cohesión y resistencia 3.- Resistir la acción de las temperaturas elevadas (ser refractarios) 4.- Permitir la evacuación rápida del aire contenido en el molde y de los gases que se producen en el acto de la colada por la acción del calor sobre el mismo molde, es decir, deben tener, permeabilidad. 5.- Disgregarse fácilmente para permitir la extracción y el polimentado de la pieza (ser disgregables) c) Métodos Actuales De Moldeo Fundición Centrifuga La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras se solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de forma simétricas se prestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.

36 Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros métodos. Los corazones en forma cilíndrica y rebosaderos se eliminan. Las piezas tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van de la parte posterior al centro de la pieza pero que frecuentemente se maquinan. Por razón de la presión extrema del metal sobre el metal, se pueden lograr piezas de secciones delgadas también como en la fundición estática. Los moldes permanentes se han hecho frecuentemente en la fundición centrifuga de magnesio. Desde entonces las piezas de fundición de magnesio son forzadas nuevamente al molde, las piezas se enfrían mas rápidamente y el aire o gas atrapados se eliminan entre el molde y el material. Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de piezas fundida, se pueden hacer desde anillos de pistón de pocos gramos de peso y rodillo para papel que pesen arriba de 40 toneladas, Blocks de maquinas en aluminio. Los métodos centrífugos pueden ser clasificados como: 1. -Método centrifugo real 2. -Método semicentrífugo 3. -Centrifugado Fundición centrifuga Real Esta fundición se, utiliza para fabricar tubos, camisas y objetos simétricos que se vacíen haciendo girar el molde alrededor de sus ejes, ya sea el horizontal y el vertical. El Metal se mantiene contra las paredes del molde mediante la fuerza centrifuga y no se hace necesario un corazón para formar la cavidad cilíndrica en el interior. Otro tipo de fundición centrifuga horizontal usa un espesor de arena altamente aislante entre la entrecara del molde y la pieza. Como la arena es una espuma que está alineada en el molde. Cuando el metal se introduce el natural aislamiento de la arena proviene la solidificación de la pared hacia la cara interior del tubo al mismo tiempo. Esto puede causar un esponjamiento a la mitad de la sección de menor densidad que tiene inclusiones atrapadas. Otros dos métodos son usados para vaciar los cilindros de un motor radial. Uno es el método de colado horizontal que es similar al proceso seguido en la fundición de tubos largos, y el diámetro interior debe ser un verdadero cilindro que requiere un mínimo de maquinado El otro método es el colado vertical en el cual la cavidad interior toma la parte de un paraboloide.

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Fig7. Método de fundición centrifuga real para cilindros de motor dial Fundición Semicentrífuga En esta fundición el molde se llena completamente y se enrolla alrededor del eje vertical, en este caso se usan rebosaderos y corazones. Este método se emplea generalmente para partes en las cuales el centro de la pieza puede ser maquinado. Las velocidades de rotación utilizadas en este método no son tan grandes como las usadas en el proceso de centrifugado real. Este proceso produce una estructura densa en la circunferencia exterior, en tanto que el metal del centro se elimina por maquinado.

38 FIGURA 8 .Moldeo semicentrífugo, en las ruedas de ferrocarril Centrifugado: En este proceso se colocan varias cavidades de colados en tomo a la porción exterior de un molde y en este caso el metal se suministra a las cavidades a través de alimentadores radiales desde el centro. Se pueden utilizar moldes simples o arreglados en montón. Los moldes se llenan por la fuerza centrífuga del metal a medida que el molde va girando. Este método no se limita a piezas simétricas, si no al contrario se pueden producir piezas de forma irregular.