CONSIDERACINES DE DISEÑO La estructura de la pieza fundida debe asegurar un elevado nivel de sus características de servicio. La particularidad principal de la tecnología de fundición consiste en que para obtener la pieza, el metal fundido es vaciado en el molde y al enfriarse se solidifica, teniendo lugar la reducción del volumen y la aparición de defectos de contracción: Rechupes, porosidades, grietas, tensiones, que no deben haber en la moldura. Por consiguiente, al diseñar piezas fundidas se debe observar ciertos principios, los cuales se exponen a continuación:
1. Mínimo gasto de mano de obra y material: Para ello la moldura debe ser compacta, no meter partes salientes, ser una combinación de cuerpos geométricos simples, predominando las superficies planas y líneas rectas.
2. La estructura de la moldura debe asegurar sencillez en la elaboración y armado del molde; el número de machos debe ser mínimo y tener una configuración simple. Es racional dividir en partes simples las piezas complejas y de gran tamaño, las cuales son más fáciles de fundir y luego unir mediante la soldadura o con tornillos.
3. Las cavidades en las molduras deben tener aberturas lo bastante grandes para poder extraer las portadas de los machos.
4. La moldura debe tener en lo posible un espesor uniforme de su pared, ya que en los lugares donde las paredes son más gruesas pueden crearse defectos como consecuencia de la contracción (porosidades, rechupes de contracción, grietas). La moldura no debe tener ángulos agudos y transiciones bruscas de las paredes gruesas a las delgadas.
5. Al diseñar piezas fundidas se debe tener en cuenta las propiedades de fundición de la aleación.
Las fundiciones grises: tienen buenas propiedades de fundición. La estructura de la
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fundición gris depende más que otras aleaciones de la velocidad de enfriamiento.
Las aleaciones de aluminio: poseen buena fluidez, pero son propensas a la cr eación de
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porosidades de gas y contracción, especialmente en las partes macizas
Las aleaciones de magnesio: tienen peores propiedades de fundición que las de
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aluminio; son propensas a la creación de porosidades
Los bronces de estaño: tienen buena fluidez, pero, a causa de un elevado intervalo de
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solidificación son propensos a la creación de porosidades de contracción.
Los bronces sin estaño: tienen una elevada contracción por consiguiente, al diseñar las
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molduras se tiene en cuenta la distribución de las mazarotas.
6. La estructura de la moldura debe asegurar su fácil limpieza y desbarbado después de desmolde: sus contornos externos no deben tener bolsas ciegas profundas, rebajes, las cavidades deben tener ventanas lo suficientemente grandes que hagan más fácil su limpieza.
7. Las superficies de base de la moldura deben tener una disposición favorable para el labrado por corte.
DISTRIBUCION DE ESFUERZOS En las molduras, durante su solidificación y enfriamiento, surgen tensiones internas, la causa de las cuales es la contracción del metal. Estas tensiones pueden provocar la deformación de las molduras y a veces el surgimiento de grietas en ellas. Uno de los motivos principales de la aparición de grietas en la molduras es el frenado de la contracción por el molde provocando las tensiones en la molduras. La magnitud de estas tensiones depende de la compresibilidad del molde y los machos. Cuanto mayor es la compresibilidad del molde y el macho tanto menor es la tensión en la moldura y menor es la probabilidad del surgimiento de grietas en ellas. Si la magnitud de las tensiones excede la resistencia a la rotura de la aleación en el sector determinado de la moldura, en esta surgiría una grieta. Las tensiones en la zona de peligro son casi proporcionales a la largura de la moldura por consiguiente, cuanto más larga es la moldura, tanto más probable es la creación de grietas. La creación de fisuras de contracción y grietas depende de la magnitud de la deformación de la mezcla de moldeo, O sea, con una compresibilidad absoluta del molde no surgirán tensiones en la moldura. Las grietas calientes tienen una superficie irregular oxidada oscura o con colores de revenido, esto se explica por el hecho de que las grietas por lo común pasan por los límites de los granos, y el color oscuro de la superficie de las grietas es resultado de la oxidación de la aleación a altas temperaturas. Las grietas calientes surgen principalmente en los lugares de mayor espesor, en los puesto de transición de las sección maciza a la delgada. El contenido de algunas impurezas, gases e inclusiones no metálicas influyen en la disposición de la aleación crear grietas calientes. Con el objetivo de excluir la creación de grietas calientes en las molduras, en la práctica es debido observar lo siguiente: 1. Fundir la aleación con una composición química estrictamente determinada. 2. Eliminar las causas que obstaculizan la contracción en el proceso de enfriamiento de la moldura en el molde. 3. Al diseñar las molduras evitar transiciones bruscas de las secciones macizas a las delgadas y haces conjugaciones suaves. 4. Asegurar un enfriamiento uniforme de las secciones de espesores gruesos y delgados en las molduras con ayuda de enfriadores. 5. Utilizar estructuras del sistema de bebederos-alimentadores recalentamientos locales del molde y la moldura.
que
excluya
6. Emplear nervios falsos de contracción para elevar la resistencia de la sección maciza de la moldura, donde se crean con frecuencia grietas calientes. Las tensiones en las molduras pueden surgir no solo a causa del frenado en la contracción de las moldura con el molde, sino también con frecuencia como resultado del frenado
térmico de la contracción. Por ejemplo en la moldura de un grueso bastidor de fundición los nervios delgados son los primeros en solidificarse y ejercer resistencia a la contracci ón del escuadreo que se solidifica pasado cierto tiempo. Como resultado en los ángulos del bastidor, que son los últimos en solidificarse, es posible la aparición de grietas puesto que en este surge tensiones de tracción y en los nervios delgados tensiones de compresión. Las tensiones causadas por el frenado mecánico o t érmico de las contracciones no siempre pueden provocar la creación de grietas en las molduras. Con frecuencia estas tensiones conducen a la deformación e las molduras, lo que también puede ser motivo de que las piezas sean desechadas.
SOLIDIFICACIÓN DIRECCIONAL Y LOS RECHUPES. Se ha dicho que los gradientes de temperatura al solidificarse una fundición deben controlarse favorablemente si se han de hacer fundiciones macizas. Para facilitar su comprensión, se tratarán por separado y discutirán en orden las diversas consideraciones de diseño.
1. Las secciones gruesas no pueden alimentarse a través de secciones delgadas . Los diversos miembros o partes componentes de las fundiciones se unen en las formas de L, Y, T, X, o V. La sección T es la que elegimos aquí para representar la serie. Inscribiendo círculos, como se ve en la Figura, es fácil determinar que la región cubierta por el círculo d es una masa de metal más grande que la cubierta por los círculos a, b, o c. Esto significa que, bajo condiciones de enfriamiento normales, el metal que está en el centro de la región d es un punto caliente, y el último en solidificarse. Puesto que los brazos son más pequeños, se enfriarán naturalmente antes que a zona de unión, estrangulando entonces la alimentación, y desarrollándose un rechupe.
2. De ser ello posible, las secciones deben ir ensanchándose hacia el cargador. La importancia de este principio se ha establecido claramente. A menudo debe hacerse un compromiso con la condición ideal para cumplir requisitos de peso y costo. Dentro de la razón, la solidez de la fundición obtenida por la solidificación natural es proporcional al grado de ahusamiento (ensanchamiento) permitido. La siguiente figura ilustra el diseño de una válvula fundida: una de las mitades muestra la situación usual en que no se haya hecho intento alguno de promover la alimentación por los métodos naturales; la otra mitad está diseñada correctamente. Las fundiciones cilíndricas son difíciles de obtener como piezas macizas por métodos estáticos; se hacen mejor por fundición centrífuga. Para hacer fundiciones cilíndricas (de acero o de metales no ferrosos) carentes de rechupado central por métodos estáticos, es necesario el recurso del ensanchamiento o algún otro método elaborado. El cilindro puede ser ensanchado y alimentado de cualquiera de las tres maneras mostradas en la figura
3. Las superficies planas horizontales son indeseables . Las fundiciones con superficies planas son particularmente difíciles de ejecutar, porque (1) es difícil impedir el rechupado central, ya que los gradientes de temperatura no son favorables, y (2) la escoria y otras impurezas más ligeras que el metal tienden a reunirse
sobre las superficies planas. Siempre que sea posible, es mejor tener superficies curvadas o hacer fundiciones en que sus superficies planas sean o verticales o inclinadas con respecto a la horizontal.
4. Deben evitarse los puntos calientes aislados . Corazones pequeños, o bolsas de arena rodeadas de metal, reducen la velocidad de enfriamiento en comparación con regiones más abiertas, y tales zonas aisladas son, potencialmente, fuente de dificultades. Si no se proveen medios especiales para enfriar (templaderas) o para alimentar, estas regiones se rechuparán o agrietarán con toda seguridad.
