MODELOS: Para fabricar el molde es necesario disponer previamente de un modelo (de (de madera, metal u otros materiales) que reproduzca su forma, pero de dimensiones ligeramente superiores, para compensar la contracción del metal después de la colada. El modelo representa la forma exterior de la pieza, por tanto, si el molde que con él se obtiene se llena con metal fundido, nos da una pieza maciza. Si ha de ser hueca, para obtener las cavidades, se necesita colocar otras piezas especiales (machos) que son bloques macizos de arena u otro material, cuya forma exterior coincide con la interior que hemos de reproducir. Los machos se obtienen en modelos especiales (cajas de machos) que reproducen en su interior la forma de los huecos deseados.
Materiales para la fabricación de modelos: A la hora de elegir el material para construir un modelo hay que tener en cuenta varios factores: a) Número de piezas que se van a obtener. b) Método de moldeo (manual o mecánico) mecánico) c) Peso del modelo. d) Facilidad de trabajo e) Alteración en función del tiempo y de los agentes externos (humedad, abrasión, etc) Entre los materiales más empleados podemos destacar: Madera: Se Se usa mucho por su facilidad de trabajo, reducido coste y baja densidad, con lo que facilita su manejo y transporte. Como inconveniente citamos que absorbe mucho la humedad y por ello se deforma y aparecen grietas que alteran su superficie, por ello se usan para una o varias veces, y con formas no complicadas. Tipos: Maderas blandas o ligeras: Suelen ser de color claro, poco densas y fáciles de trabajar ejemplo pino. Maderas duras o pesadas: Suelen ser coloreadas y más resistentes, ej, Arce, Caoba, Roble, Nogal, etc Metales: Justificados Justificados para trabajo en serie, en que el elevado número de piezas compensa los gastos de obtención del modelo. Se usan normalmente: Fundición gris: Fácil de trabajar con posibilidad de obtener superficies muy bien acabadas y buena resistencia a la acción abrasiva de los granos de arena, su principal inconveniente es su elevada densidad que origina un sobreesfuerzo en el trabajador manual. Latón: Se emplea para la fabricación de modelos en racimo. Aleaciones ligeras: Tiene como ventajas, su elevada resistencia a la oxidación, y su baja densidad que facilita su manejo. Mercurio: Empleado en el moldeo tipo Mercast. Diseño de moldes y modelos de fundición. fundición. (1DFM)
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Otros materiales: Yeso, cemento, barro, ceras, plásticos, éstos últimos de gran aplicación en los modelos desmontables de formas complicadas.
Fabricación de modelos: Hay que tener en cuenta: Contracción: Al enfriarse el metal en el hueco del molde, desde la temperatura de solidificación hasta la temperatura ambiente, experimenta una contracción y la pieza resultante tendrá dimensiones inferiores a las del molde. Por ello, es necesario que las dimensiones del modelo sean un poco superiores. En números redondos la contracción lineal de las aleaciones más usuales es: Fundición gris Acero Aleaciones de Cu, Zn, Pb y Sn
1% 2% 1,5%
Salida o despulla: Para que el modelo pueda retirarse del molde, sin deteriorar el material de moldeo que lo rodea, sus caras deben tener cierta inclinación hacia el interior. El ángulo α (es el que forma la pared del molde con la pared de extracción) es para los modelos de madera entre 1 y 3º, para los metálicos de 0,5 a 1º. El desmoldeo se puede facilitar empleando lubricante y barnizando el modelo, también redondeando las aristas salientes y entrantes y golpeando el modelo antes de desalojarlo del molde. Si la pieza tiene caras con inclinación contraria a la de salida, se dice que están en contrasalida. En este caso el modelo debe constar de varias partes desmontables que faciliten el desmoldeo.
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Creces para mecanizado: Exceso de material necesario en las partes en que se vaya a realizar un mecanizado posterior. Facilidad de desmoldeo: Los modelos sencillos pueden hacerse de una sola pieza, mientras que otros más complicados pueden constar de dos o más piezas para que se facilite el desmoldeo.
Portadas de macho : Cuando las piezas son huecas para sujetar los machos hay que disponer en los modelos unas prolongaciones en forma de muñón, las cuales imprimen en el molde los alojamientos o portadas de macho que le sirve de apoyo. Placas modelo: Constan de un modelo metálico, de madera, yeso o material plástico montado sobre una placa metálica. Los metálicos tienen la ventaja de ser más duraderos, de mayor exactitud y suministrar superficies más lisas.
Simples o de una cara: En una de sus caras se reproduce una de las mitades del modelo. Para obtener el modelo completo se necesitan dos placas, si la pieza es asimétrica y una sola si es simétrica. Reversibles o de dos caras: En una de las caras el medio modelo y en la otra el otro medio. De doble cara: En una misma cara van los dos medios modelos de tal forma que en un molde se obtengan dos piezas simultáneamente.
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Cajas de machos: Su forma interior ha de reproducir la exterior del macho. Y tienen que disponerse en ellas las correspondientes portadas, que deben de ser algo menores que las del modelo. Si los machos son sencillos, la caja consta de dos mitades en cuyo interior queda el hueco que lo reproduce. Si son de forma complicada la caja puede constar de varias partes que se pueden desmontar para desalojarlo. Se pueden construir de madera, metal u otro material. Cajas de moldear: Marcos de madera, aluminio, fundición o acero, de forma y dimensiones muy variadas, destinadas a contener la arena del molde. Constan de una parte inferior y otra superior, unidas con espigas o clavijas, en correspondencia, para fijar su posición durante el moldeo.
MOLDEO: Procedimientos para construir moldes:
Por el material empleado: moldes de arena, yeso, metálicos (coquillas). Por el procedimiento de moldeo: manual y mecánico. Procedimientos especiales: a la cera perdida, en cáscara, al CO2,etc.
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Moldeo en arena: Emplea como material de moldeo la arena natural o sintética. Según el estado de la arena en la colada: moldeo en verde (sin secado en la estufa), moldeo en verde con secado externo (secando sólo la superficie con una llama) y moldeo con secado en estufa (se elimina toda la humedad de la arena introduciendo los moldes en la estufa). Moldeo a mano: Todas las operaciones son manuales. Sólo es adecuado para obtener un número muy reducido de piezas o cuando las piezas son muy complicadas y no se puede usar el método mecánico. Ej. 1: Moldeo con modelo en molde descubierto: En el suelo, sobre lecho de arena, sin cajas. Se usa cuando la pieza a obtener es plana y no necesita superficies perfectas.
Ej. 2: Moldeo de una esfera maciza: Se construye un modelo partido en dos mitades. El moldeo consta de las siguientes operaciones:
Obtención del hueco del molde en la caja inferior: a. Se coloca sobre una tabla de moldear la mitad del modelo con orificios apoyándolo por su cara plana. b. Se coloca sobre la tabla la caja del modelo inferior, con las orejas hacia abajo. c. Se espolvorea la superficie del modelo con talco o similar, para facilitar su salida. d. Apretamos la arena de moldeo sobre el modelo cubriéndolo completamente. e. Llenamos el resto de la caja con arena de relleno y la apretamos. f. Aplanamos la superficie con una regla. g. Pinchar vientos con una aguja, para facilitar la salida de los gases. h. Colocamos una tabla encima de la caja y le damos la vuelta. i. Retiramos la tabla de moldear y alisamos la arena de la superficie, de forma que quede al mismo nivel que la del modelo. j. Espolvoreamos la superficie con negro de carbón. Obtención del hueco del molde en la caja superior: a. Se coloca la otra mitad del modelo de forma que las clavijas se introduzcan
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en los agujeros. b. Situamos la caja superior de forma que sus espigas se introduzcan en los orificios de las orejas. c. Espolvoreamos la superficie del modelo con talco, para facilitar su salida. d. Apretamos arena de moldeo sobre el modelo, cubriéndolo completamente. e. Colocamos los modelos para el bebedero y la mazarota. f. Llenamos el resto de la caja superior con arena de relleno y la apretamos. g. Aplanamos la superficie con una regla. h. Pinchamos vientos con la aguja. i. Recortamos una cubeta alrededor de la boca del bebedero y un ensanchamiento cónico en la mazarota. j. Sacamos los modelos del bebedero y de la mazarota. k. Se levanta verticalmente la caja superior, cuidando de no levantar el modelo y le damos la vuelta.
Cortar el canal de colada, retirar el modelo y reparar las superficies superior e inferior: a. Cortar en la caja superior el canal de colada de forma que se corresponda con el bebedero. b. Retirar la parte superior del modelo.
Colocar la caja superior sobre la inferior.
Realizar la colada.
Ej. 3: Moldeo de un casquillo hueco: Se construye el modelo en dos mitades y la caja de machos. Las operaciones son análogas al anterior más la de obtención del macho, que consta de las siguientes fases: a. Unir las dos mitades de la caja de machos, introduciendo las clavijas en sus Diseño de moldes y modelos de fundición. (1DFM)
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b. c.
d. e.
orificios y sujetarlas fuertemente. Introducir la arena para machos en el hueco y apretarla. Pinchar con una aguja para hacer el conducto de evacuación de gases. Si el macho es largo, habrá que poner armaduras metálicas y el conducto de evacuación de gases se hace colocando a lo largo del cilindro una mecha o cerilla recubierta de cera, que al calentarse funde y facilita la extracción del hilo. Dejar endurecer la arena en la caja hasta que adquiera cierta consistencia y extraer el macho. Pintarlo con negro de carbón e introducirlo en una estufa de secado a una temperatura conveniente para su completo endurecimiento.
Una vez secado el molde y el macho se procede a preparar las cajas para la colada. Con este fin se coloca el macho en la caja inferior del molde apoyándolo en sus portadas.
Ej. 4: Moldeo de una polea en tres cajas: El modelo está formado por dos partes unidas por clavijas y orificios. No se puede obtener el molde en dos cajas, pues sería imposible desalojar el modelo. Operaciones para la obtención del molde son: Obtención del hueco del molde en la caja inferior: a. Usamos una falsa caja y la mitad del modelo. b. Colocamos sobre la falsa caja la caja inferior de moldeo, se llena de arena y damos la vuelta al conjunto. c. Se retira la falsa caja.
Obtención de la segunda caja o aro: a. Colocamos la otra mitad del modelo de forma que las clavijas se introduzcan en sus orificios. b. Colocamos el aro de forma que sus espigas se introduzcan en los orificios de las orejas. c. Rellenar de arena hasta la superficie superior del modelo.
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Obtención del hueco del molde en la caja superior: Consta de las mismas fases que en el ejemplo 2 Moldeo de una esfera maciza. Retirar el modelo: a. Levantar la caja superior. b. Retirar la parte superior del modelo. c. Levantar el aro. d. Retirar la parte inferior del modelo. Realizar la colada.
La polea anterior se puede obtener también de forma más sencilla en dos cajas empleando machos como se indica en las figuras siguientes.
Moldeo con calibre o terraja: Permite moldear piezas engendradas por rotación o traslación, sin el uso de modelos. Sólo es económico para obtener un número reducido de piezas (2 ó 3), si el número es más elevado es más viable el moldeo con modelo, ya que no exige personal tan especializado. Ej. 5: Moldeo de una cubeta circular: La terraja, plantilla o calibre es una tabla de madera dura, con perfil biselado que reproduce la generatriz de la superficie exterior o interior de la pieza. La terraja va sujeta en el gramil que puede deslizar y girar alrededor del árbol. El árbol debe estar bien centrado y tener suficiente resistencia para doblarse con el peso de la terraja. Operaciones: Diseño de moldes y modelos de fundición. (1DFM)
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Obtención de las terrajas exterior e interior. (A y B): Conocido el perfil de la pieza, se construyen las terrajas capaces de reproducir el perfil exterior e interior. Colocar la terraja en posición de trabajo: Situar el árbol en posición vertical y fijar la terraja en el gramil. Preparar la arena para aterrajar: Se coloca la caja de fondo, se echa arena de relleno y se rellena y aprieta la caja con arena de moldeo. Aterrajar y preparar la superficie exterior: Se gira la terraja A y se retira la arena cortada. Se retira la terraja y se espolvorea con grafito, para que exista separación entre arenas. Obtención del hueco del molde en las cajas superiores. Aterrajar de nuevo con la terraja B para obtener la parte inferior del molde. Se corta un espesor de arena igual al espesor de la cubeta (pieza). Se retira la terraja, y el árbol, y se rellena el orificio del árbol. Colocamos la caja superior sobre la inferior y efectuamos la colada.
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Ej. 6: Moldeo con plantilla de un tubo hueco: Operaciones: Obtención del molde. Se corta la arena de las cajas haciendo deslizar la plantilla a lo largo de las guías.
Obtención del macho mediante un torno para machos: Colocar un tubo agujereado (linterna), de diámetro bastante inferior al del macho, sujeto a un eje que descansa en dos soportes, en los que puede girar libremente. Recubrimos la linterna con cuerdas. Embadurnamos las cuerdas con una capa fina de arcilla y después con barro. Fijamos el calibre o terraja a la distancia conveniente. Giramos la linterna para cortar el barro sobrante, y ya tenemos el macho.
Cualidades y preparación de los machos: Por estar sumergidos en el metal líquido durante la colada, tienen que satisfacer ciertas exigencias: Elevada permeabilidad: para facilitar el desprendimiento gaseoso. Refractariedad: para evitar que la arena se vitrifique en la pieza. Resistencia a los esfuerzos de flexión, compresión y cortadura generados por el
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empuje de Arquímedes. (E = V.δ.g) (V. volumen del macho, δ: densidad del metal líquido, g: aceleración de la gravedad). Para dar mayor resistencia, a veces, hay que emplear armaduras metálicas. Poder comprimirse para facilitar la contracción del metal durante la solidificación. Fácilmente disgregables, para favorecer el desmoldeo.
Desecación de moldes y machos: Además de eliminar el agua, hace que adquieran mayor resistencia y porosidad. Se efectúa en estufas de distintos tipos, en las que es posible un control de temperatura, más exacto en las de machos que en las de moldes. Cuando se usan aglomerantes que endurecen a la temperatura ambiente, los machos no requieren estufado.
Colocación de los machos en los moldes: Cuando los machos no son muy voluminosos, sus portadas son suficientes para inmovilizarlos en los moldes. Si son grandes, se emplean soportes para machos que impiden el desplazamiento o la rotura de los mismos. Estos soportes casi siempre quedan incluidos en el metal de la pieza, por tanto, lo ideal es que sean del mismo material que se va a colar y que su superficie esté libre de óxidos.
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