CUESTIONARIO CUESTIONA RIO 11PROCESOS DE LA FUNDICION DEMETALES 11.1 Describa las diferencias entre los moldes desechables y los permanentes. - Moldes desechables, que suelen producirse con arena, yeso, cerámica y materiales similares, los moldes permanentes que se fabrican fabrican con metales que que mantienen su resistencia a temperaturas elevadas. - Un molde desechable típico de arena consta consta de 90% de arena, 7% de arcilla y 3% de agua, Los moldes metálicos son mejores conductores de calor que los moldes desechables no metálicos. -Con los moldes desechables desechables se fabrican bases para para máquinas, grandes grandes impulsores de turbinas, propulsores, accesorios de plomería y numerosos componentes para equipo agrícola, cajas para engranes, cabezas de cilindros y bielas. Componentes de cerraduras, engranes, válvulas, accesorios herramental y ornamentales, propulsores, cortadores para Operaciones de maquinado maquinado y con los moldes permanentes se fabrican los pistones automovilísticos, cabezas para cilindros, bielas, discos para engranes de electrodomésticos y artículos de cocina. -moldes desechables bajo costo , moldes permanentes alto costo. -los moldes desechables en lo posible no se vuelve a utilizar en las siguientes fundiciones, los moldes permanentes se utilizan en repetidas ocasiones. -la operación de fundición en molde permanente pe rmanente se realiza manualmente.
11.2 Nombre los factores importantes al seleccionar arena para moldes. - La arena que tiene granos finos y redondos se puede apisonar de modo más compacto y asi asi se forma molde con superficie superficie más lisa.
- la arena de grano fino f ino refuerza la resistencia del molde, estos granos también reducen su permeabilidad (penetración a través de los poros). Una buena permeabilidad - El molde también debe tener una colapsabilidad adecuada para permitir que la fundición se contraiga al enfriarse, evitando así defectos como el desgarramiento y agrietamiento en caliente
11.3 ¿Cuáles son los tipos más importantes de moldes de arena? ¿Cuáles son sus características? - arena verde para moldeo, que es una mezcla de arena, arcilla y agua. El término “verde” indica que la arena dentro del molde está húmeda o mojada m ojada
mientras se vacía el metal en su interior. Éste es el método menos costoso para fabricar moldes y la arena se recicla fácilmente para su uso posterior. -superficie seca, la superficie del molde se seca, ya sea guardando el molde en aire o secándolo con sopletes. Debido a su mayor resistencia, estos moldes se utilizan en general para fundiciones grandes. - molde de caja fría se mezclan diversos aglutinantes orgánicos e inorgánicos con la arena, para unir químicamente los granos y obtener una mayor resistencia. Estos moldes tienen dimensiones más precisas que los de arena verde, pero son más costosos. - molde no cocido se agrega una resina sintética líquida a La arena y la mezcla se endurecen a temperatura ambiente. Debido a que el aglutinamiento Del molde en este proceso y en el de caja fría ocurre sin calor, se les llama procesos de Curado en frío.
11.4 Liste los factores que deben tomarse en consideración al seleccionar materiales para modelos. -bajo costo -acabado fino -que evite grietas
11.5 ¿Cuál es la función de un corazón o macho? Para definir la superficie interior de la fundición. También se utilizan en la parte exterior de la misma a fin de formar características como letras sobre la superficie o cavidades externas profundas.
11.6 ¿Cuál es la diferencia entre la fundición de molde de arena y la de molde en cáscara? Fundición en moldeo por arena: Emplea como tal una variedad llamada sílice (SiO2). La arena se aglomera (compacta) gracias a la ayuda de agua y arcilla. Antes de nada, deben construirse o emplearse unas cajas de moldeo (de madera, acero) que contendrán la arena compactada junto al m odelo. Se emplean dos cajas: La caja superior y la inferior (o de fondo). Ambas se unen con clavijas durante el moldeo. Se rellena la caja inferior con arena y se compacta. Se introduce el modelo. El modelo está dividido en dos mitades. En este caso se introduce la mitad del modelo. Se repite el proceso con la otra mitad, incorporando un canal, llamado bebedero por el que entrará el metal fundido y también se deja otro canal llamado mazarota que asegura la evacuación de los gases. Se abre el molde y se retiran los modelos. Se vuelven a unir las dos mitades sin olvidar los machos que ocupen el lugar de los huecos de la pieza final. Una vez secado el molde, se retiran las cajas de moldeo. Se vierte el metal fundido hasta rellenar el hueco originado por el modelo, dejando transcurrir el tiempo necesario para que el metal solidifique. A continuación, se rompe el molde y se elimina la arena que haya quedado adherida a la pieza, incluido el macho.
Fundición en moldeo en cáscara: La fundición en molde consiste en calentar el modelo sobre un metal ferroso o de aluminio (175-370°C) recubierto con un agente separador (silicón) y sujeto a una cámara que contiene arena fina con 2,4 a 4 % de aglutinante de resina termoestable la cual recubre el modelo (por
volteo o soplado). Este conjunto se coloca dentro de un horno para completar el curado de la resina. Este proceso puede producir muchos tipos de fundición con estrecha tolerancias dimensionales y un buen acabado superficial.
11.7 ¿Cuáles son los moldes compósitos? ¿Por qué se utilizan? Resin Transfer Moulding (RTM) es el proceso de producir composites en un molde cerrado mecánicamente, rígido, y que normalmente está compuesto de dos partes, hembra y macho.
Esta fotografía muestra un molde de aluminio Operado en una prensa hidráulica, para producir pieles de paneles de puertas.
Las ventajas de un proceso de "molde cerrado" son considerables, pero podemos resumirlas en:
Las emisiones volátiles (estireno etc) son enormemente menores. Es un proceso rápido, limpio y repetible El espesor del laminado puede ser controlado con gran precisión. El proceso depende muchísimo menos de la habilidad manual del operador. La cara B del molde puede ser definida con precisión. El proceso puede ser automatizado. El refuerzo seco (fibra de vidrio, fibra de carbono, aramida, etc.), se coloca entre las dos caras del molde, y éste es cerrado usando fuerzas mecánicas, como una prensa hidráulica, tornillos, pasadores, o vacío) En las pestañas del molde se colocan sellos, que al ser comprimidos evitan fugas de resina del molde o de vacío. Una resina termoestable es inyectada,a menudo por la parte central del molde, directamente en el paquete de fibra de refuerzo. El molde se llena por el efecto de la presión hidráulica generada por la máquina inyectora. El molde tiene
normalmente salidas en los puntos más alejados del punto de inyección, permitiendo escapar el aire del interior del molde que va siendo susbtituido por la resina. Adicionalmente, se pude usar vacío en los puntos de ventilación para mejorar la calidad del laminado.
RTM está basado en estructuras mecánicas que hagan que l as fuerzas de cierre del molde sean lo suficientemente grandes para resistir las fuerzas derivadas de la presión de inyección de la resina. Asimismo, el molde en sí debe ser suficientemente rígido para no deformarse debido a las fuerzas mencionadas. Esta característica del proceso RTM puede convertirse en problemática si se trata de moldear grandes piezas, ya que la utilería necesaria llega a ser anti económica, simplemente por el tamaño y las dificultades de operación.
11.8 Describa las características de la fundición en molde de yeso. Fundición en molde de yeso: La fundición en molde de yeso emplea sulfato de calcio con la adición de talco y harina de sílice para mejorar la resistencia del molde y controlar el tiempo requerido para el curado del yeso. Estos componentes se mezclan con agua y el barro resultante en vaciado sobre el modelo. Las piezas obtenidas tienen detalles finos con un buen ac abado superficial, presenta una estructura de grano más uniforme y con menos deformación por lo que se conoce como fundición de precisión y se utiliza únicamente para aluminio, magnesio, zinc y algunas aleaciones en base a cobre.
11.9 ¿Por qué el proceso de fundición por revestimiento es capaz de producir detalles finos en la superficie de las fundiciones? Como los modelos de cera se funden después que se hace el molde refractario, se debe fabricar un modelo para cada fundición. La producción de modelos se realizara mediante operación de moldeo, que consiste en vaciar o inyectar cera caliente en un dado maestro, diseñado con las tolerancias apropiadas para la contracción de la cera y del metal de fundición. En los casos donde la forma de la pieza es complicada, se juntan varias piezas de cera para hacer el patrón. En operaciones de alta producción se pegan varios patrones a un bebedero de colada, hecho también de cera, para f ormar un modelo de árbol, esta es la forma que tomara el metal fundido. El recubrimiento con refractario, se hace generalmente por inmersión del árbol patrón en un lodo de sílice u otro refractario de grano muy fino (casi en forma de polvo) mezclado con yeso que sirve para unir el molde. El grano fino del material refractario provee una superficie lisa que captura los intrincados detalles del modelo de cera. El molde final se forma por inmersiones repetidas del árbol en el lodo refractario o por una compactación cuidadosa del refractario
alrededor del árbol en un recipiente. El molde se deja secar al aire, aproximadamente ocho horas, para que endurezca al aglutinante.
11.10 Nombre el tipo de materiales utilizados para los procesos de fundición en molde permanente. En la fundición en molde permanente (también llamada fundición en molde duro), se fabrican dos mitades de un molde con materiales de alta resistencia a la erosión y a la fatiga térmica, como el hierro fundido, acero, latón, grafito o aleaciones metálicas refractarias .
11.11 ¿Cuáles son las ventajas de la fundición a presión en matriz? R.-La fundición a presión en matriz y de acabado está altamente automatizados. Con frecuencia se aplican lubricantes (agentes de separación) como delgados Recubrimientos sobre las superficies de las matrices; éstos suelen ser lubricantes a base de agua, con grafito u otros componentes en suspensión. Debido a la alta capacidad de enfriamiento del agua, estos fluidos también son efectivos para mantener bajas las temperaturas de la matriz y así mejorar la vida de esta última.
11.12Liste las ventajas y limitaciones de la fundición a presión en matriz. VENTAJAS Excelente precisión dimensional
LIMITACIONES Alto costo de la matriz
acabado superficial
partes de tamaño limitado
Alta capacidad de producción.
generalmente limitado a metales no ferrosos; largo tiempo de entrega
11.13 ¿Cuál es el propósito de una mazarota?, ¿y de un respiradero? R.- que suministran metal fundido adicional a la fundición conforme ésta se contrae durante la solidificación. Se muestran dos tipos de mazarotas, una ciega y una abierta. Los respiraderos o vientos, que se colocan en los moldes para extraer los gases producidos cuando el metal fundido entra en contacto con la arena en el molde y en el macho. También dejan escapar el aire de la cavidad del molde conforme el metal fundido fluye en su interior.
11.14Dé algunas razones para usar insertos para matrices. Son útiles para fundir integralmente a presión en matriz componentes como pernos, flechas y sujetadores roscados, esto la vez evita operaciones de maquinado posteriores.
11.15 ¿Qué es la fundición por dado impresor? ¿Cuáles son sus ventajas? R.- El proceso de fundición dado por impresor (o forjado de metal líquido) se desarrolló en la década de 1960 y comprende la solidificación del metal fundido a alta presión. Los productos típicos producidos so n los componentes automovilísticos cuerpos de morteros. la maquinaria incluye una matriz un punzón y un perno expulsor . La presión aplicada por el punzón mantiene los gases atrapados en solución y el contacto a alta presión en la interfaz matrizmetal promueve una rápida transferencia de calor, lo que produce microestructura fina con buenas propiedades mecánicas. 11.16 ¿Cuáles son las ventajas del proceso de fundición a la espuma perdida? R.- • El proceso es relativamente simple porque no existen líneas de partición, machos o Corazones, o sistemas de mazarotas. De ahí que tenga flexibilidad de diseño.
• El proceso requiere cajas de moldeo económicas. • El poliestireno es barato y se puede procesar fácilmente para producir
modelos con Formas complejas, tamaños diversos y detalles superficiales finos. • La fundición requiere operaciones mínimas de acabado y limpieza. • El proceso se puede automatizar y es económico par a grandes lotes de
producción.
CUANTITATIVAS 11.17 Si sólo necesita unas pocas unidades de una fundición particular, ¿qué proceso(s) utilizaría? ¿Por qué? R: Fundición por revestimiento de cáscara cerámica: Una variación del proceso de fundición por revestimiento es la fundición de cáscara cerámica. Utiliza el mismo tipo de modelo de cera o plástico, que primero se sumerge en gel de silicato de etilo y luego en una cama fluida de sílice fundida de grano fino, o harina de zirconio. Este proceso es económico y se utiliza extensamente para la fundición de precisión de aceros y aleaciones de alta temperatura. 11.18 ¿Cuáles son las razones de la gran variedad de procesos de fundición que se han desarrollado a lo largo de los años? Explique con ejemplos específicos. R: Existieron dos tendencias que han tenido un impacto importante en la industria de la fundición. La primera es la mecanización y automatización de este proceso, que ha conducido a cambios significativos en el uso del equipo y la mano de obra. Maquinaria avanzada y sistemas automáticos de control de procesos han reemplazado a los métodos tradicionales de fundición. La segunda tendencia importante es la creciente demanda de fundiciones de alta calidad, con tolerancias dimensionales cerradas. Se desarrollaron los siguientes procesos: - Proceso en arena - Proceso molde en cascara - Proceso moldeo evaporativo - Proceso molde de yeso - Proceso molde cerámico - Proceso por revestimiento - Proceso molde permanente - Proceso a presión en matriz - Proceso centrifuga
11.19 ¿Por qué la fundición a presión en matriz produce las partes fundidas más pequeñas? R: La fundición a presión en matriz tiene la capacidad de producir con rapidez partes fuertes de alta calidad y formas complejas, en particular con aluminio,
bronce, magnesio y zinc. También proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado (formado de forma neta). Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.015 pulgadas, que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición. Sin embargo, permanecen las marcas de los expulsores, al igual que pequeñas cantidades de proyecciones (material delgado comprimido entre las matrices) en la línea de partición de la matriz.
11.20 ¿Qué diferencias (si es que existe alguna) hay entre las propiedades de las fundiciones fabricadas mediante molde permanente y por fundición en arena? R: Fundición molde permanente: La fundición de molde permanente se realiza: - Manualmente - Puede automatizarse en grandes lotes de producción - Produce fundiciones con buen acabado superficial - Tolerancias dimensionales cerradas - Propiedades mecánicas buenas y uniformes y grandes capacidades de producción - Costos elevados para pequeños lotes
-
Fundición en arena: La fundición de moldes de arena: Es el método más utilizado. Se requiere algún acabado. Un acabado superficial grueso. Tolerancias amplias. Bajo costo
11.21 ¿Recomendaría el precalentamiento de los moldes utilizados en la fundición en molde permanente? ¿Retiraría la fundición en cuanto se solidificara? Explique sus razones. Si es conveniente precalentar el molde pues, El precalentamiento facilita el flujo del metal a través del sistema de vaciado y de la cavidad. Tan pronto como solidifica el metal, el molde se abre y se remueve la f undición. A diferencia de, los moldes desechables, los moldes permanentes no se retraen, así que deben abrirse antes de que ocurra la contracción por enfriamiento a fin de prevenir el desarrollo de grietas en la fundición.
11.22 En relación con la figura 11.3, ¿piensa que sería necesario colocar pesas o sujetar las dos mitades del molde? Explique sus razones. ¿Piensa que el tipo de metal fundido, como hierro fundido gris o aluminio, produciría alguna diferencia en la fuerza de sujeción? Explique su respuesta.
Sí, es necesario pues el molde debe permanecer firmemente cerrado para evitar pérdidas de material y fallas. Cada metal reacciona diferente una vez vaciado, al este empezar su fase de solidificación por lo que si influye la fuerza de sujeción según el material.
11.23 Explique por qué la fundición por dado impresor produce partes con mejores propiedades mecánicas, precisión dimensional y acabado superficial que los procesos con molde desechable. La presión aplicada por el punzón mantiene los gases atrapados en solución y el contacto a alta presión en la interfaz matriz-metal promueve una rápida transferencia de calor, lo que produce una microestructura f ina con buenas propiedades mecánicas. La aplicación de presión también supera las dificultades de alimentación que pudieran surgir al fundir metales con un largo intervalo de solidificación 11.24 ¿Cómo sujetaría los modelos individuales de cera en un “árbol” en
la fundición por revestimiento? Se lo sujeta por medio de un matriz que es El contenedor de metal exterior de un molde de bastidor de inversión, utilizado en el proceso de inversión a través de extracción del árbol de reparto. Está disponible en tamaños estándar y reutilizables. Puede ser un sólido cilindro o un cilindro perforado con orificios para permitir el escape del aire del molde bajo vacío
11.25 Describa qué medidas tomaría para reducir el movimiento de los corazones o machos en la fundición en arena. Utilizaríamos un corazón de arena recocida el cual se sujetaría en las paredes del molde el cual al presionarse y fijarse, el mismo quedara en la posición correcta.
11.26 Ha visto que, aunque la fundición por presión en matriz produce partes delgadas, existe un límite. ¿Por qué no se pueden hacer partes más delgadas por medio de este proceso? R: Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm (0.015 pulgadas), que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición. Sin embargo, permanecen las marcas de los expulsores, al igual que pequeñas cantidades de proyecciones (material delgado comprimido entre las matrices) en la línea de partición de la matriz.
11.27 ¿Cómo se fabrican partes huecas con cavidades diferentes mediante fundición a presión por matriz? ¿Se utilizan corazones o machos? De ser así, ¿cómo? Explique su respuesta. R: Las matrices para fundición a presión pueden ser de una cavidad, de cavidades múltiples (con varias cavidades idénticas), de cavidades de combinación (con varias cavidades diferentes) o matrices unitarias (matr ices pequeñas y sencillas que pueden combinarse en dos o más unidades en una matriz maestra de sujeción). El diseño de las matrices incluye una inclinación favorable (ángulo de salida) para permitir la extracción de la fundición. Los bebederos y canales de alimentación se pueden retirar en forma manual o mediante troqueles en una prensa. En la actualidad, los procesos completos de fundición a presión en matriz y de acabado están altamente automatizados. Con frecuencia se aplican lubricantes (agentes de separación) como delgados recubrimientos sobre las superficies de las matrices; éstos suelen ser lubricantes a base de agua, con grafito u otros componentes en suspensión. 11.28 Se dice que la relación resistencia a peso de las partes fundidas en matriz aumenta al disminuir el espesor de la pared. Explique por qué. R: Debido a que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes de la matriz, la fundición tiene una capa superficial dura, de grano fino, con alta resistencia. 11.29 ¿Cómo se colocan las mazarotas y los bebederos en los moldes de arena? Explique.R:
La mitad superior del molde se ensambla asegurando la placa superior del modelo a la caja mediante pernos de alineación y sujetando insertos a fin de formar el bebedero y las mazarotas. (g) La caja se apisona con arena y se retiran la placa y los insertos. Un bebedero, a través del cual el metal fundido fluye hacia abajo y Las mazarotas, que suministran metal fundido adicional a la fundición conforme ésta se contrae durante la solidificación. se muestran dos tipos de mazarotas, una ciega y una abierta.
11.30 En la fundición de molde en cáscara, el proceso de curado es crítico para la calidad del molde terminado. En esta parte del proceso, el ensamble del molde en cáscara y los machos o corazones se colocan en un horno por un breve periodo para terminar el curado de la resina aglutinante. Liste las causas probables de los corazones o machos curados de manera no uniforme, o de espesores no uniformes de los mismos. R.- La caja contiene arena fina mezclada con 2.5-4% de aglutinante de resina termoestable, que recubre las partículas de arena. La caja se voltea y la mezcla de arena cae sobre la superficie del modelo, permitiendo que la arena recubra dicho modelo. Todo el conjunto se coloca entonces en un horno durante un corto periodo de tiempo para completar el curado de la resina, quedando una "cáscara". En la mayor parte de las maquinas de moldeo en cáscara, el horno es una caja metálica con quemadores de gas, que giran sobre el molde de cascarón para curarlo. El cascarón se endurece alrededor del modelo y es retirado de éste mediante bujes de eyección incorporados. De esta manera se hacen dos medios cascarones, que se pegan o se juntan en preparación para el vaciado. El espesor del cascarón se puede determinar con precisión mediante el control del tiempo de contacto del modelo con el molde. De esta manera, se puede formar el cascarón con la resistencia y rigidez requeridas para que soporte el peso del líquido fundido. Los cascarones son ligeros y delgados (por lo general 5 mm10mm), y en consecuencia sus características térmicas son distintas de las de moldes más gruesos.
11.31 ¿Por qué la máquina de fundición a presión en matriz mostrada en la figura 11.17 tiene un mecanismo tan grande para cerrar las matrices? Explique su respuesta. R.-
Porque el proceso en cámara caliente es ideal para los metales que no atacan ni erosionan fácilmente ollas de metal cilindros Con el molde cerrado sube el pistón abriendo la entrada y permitiendo que el metal fundido llene el cilindro El pistón baja y sella la entrada empujando la fundición del metal a través del cuello de cisne y de la boquilla dentro de la cavidad del molde, en donde se mantiene bajo presión hasta que el metal solidifica.
11.32 ¿Qué proceso se utiliza para fabricar los chocolates huecos? Fundición hueca primero se desarrollaba una capa superficial solidificada, la cual se volvía más gruesa con el tiempo. Utilizando este principio, se pueden hacer fundiciones huecas de paredes delgadas mediante la fundición de molde permanente: un proceso denominado fundición hueca, que es adecuado para pequeños lotes de producción y que se utiliza en la fabricación de objetos ornamentales y decorativos (como bases y vástagos para lámparas) y en juguetes con metales de bajo punto de fusión, como zinc, estaño y aleaciones de plomo. El metal fundido se vacía en el molde metálico. Una vez que se obtiene el espesor deseado de la capa superficial solidificada, se invierte (o se gira) el molde y se vacía el metal líquido restante. Después se abren las dos mitades del molde y se retira la fundición. Obsérvese que esta operación es muy similar a la fabricación de formas huecas de chocolate, huevos y otras confiterías
11.33 ¿Cuáles son los beneficios y perjuicios de calentar el molde en la fundición por revestimiento antes de vaciar el metal fundido? Los beneficios son: Que la cera se puede recuperar y usar de nuevo. El molde de una pieza se seca al aire y se calienta a una temperatura de 90 ºC a 175 ºC (200 ºF a 375 ºF). Se sostiene en posición invertida por unas 12 horas para fundir y extraer la cera. Después se le aplican entre 650 ºC a 1050 ºC (1200 ºF a 1900 ºF) por casi cuatro horas (dependiendo del metal a fundir) a fin de sacar el agua de la cristalización (agua combinada químicamente) y quemar cualquier cera residual, produciendo detalles finos. Éste es adecuado para fundir aleaciones de alto punto de fusión con buenos acabados superficiales y tolerancias dimensionales cerradas; se requieren muy pocas, o ninguna, operaciones de acabado Perjuicios son: Los modelos de cera requieren un manejo cuidadoso porque no son suficientemente fuertes para resistir las fuerzas propias de la fabricación de moldes, si no se lo calienta el molde no se podrá extraer la cera, creando cera
residual, y provocando que la pieza no salga con los acabados y tolerancias dimensionales cerradas, y eso involucra un costo elevado por el modelo y la mano de obra. Para partes detalladas (en esto el metal fundido no se solidificará como rápidamente), una reducción posible de la tensión superficial y de la fricción viscosa en el molde, y la refrigeración lenta. Las desventajas principales a la calefacción del molde consisten en que el molde no puede tener como una alta fuerza en la temperatura elevada, y el metal puede ser menos viscoso y se hace turbulento como hablado en el Capítulo 10. ¿También, el solidi? ¿el tiempo de catión será más grande con el molde aumentado precalientan, y esto puede desfavorablemente alTiempo de producción y economía de proceso por consiguiente.
11.34 El estado pastoso de las aleaciones se refiere al estado entre las temperaturas solidus y liquidus, como se indica en la sección 10.2. Los metales puros no tienen tal estado pastoso. ¿Significa esto que los metales puros no pueden fundirse mediante fundición hueca? Explique su respuesta. El estado "solido" en la solidificación de la aleación se refiere a un estado intermedio entre líquido y sólido. La fundición de esponja consiste en fundir una aleación donde el metal fundido se vierte en el molde, permitió comenzar a solidificar. La porción fundida del metal se vierte entonces del molde, dejando una cáscara detrás. Esto se puede hacer usando metales puros así como aleaciones
11.35 ¿Puede un soporte para corazones o machos ser también un enfriador? Explique su respuesta. Mientras que, en teoría, un soporte puede servir como un enfriador, en soportes de la práctica rara vez lo hacen. Los capullos son destinados a soportar un núcleo o una sección de molde. Si se colocan en una posición para núcleo, pueden no estar en un lugar que requiere un frío. Los capullos tienen una gran huella, y esto ayuda a transferir calor al núcleo. Sin embargo, la tr ansferencia de calor al núcleo no es una opción para enfriamiento más rápido de la colada; el calor debe ser conducido fuera del molde. Por lo tanto, el soporte no se puede considerar generalmente un enfriador
11.36 Clasifique los procesos de fundición descritos en este capítulo en términos de su velocidad de solidificación. (Esto es, ¿qué procesos extraen calor más rápidamente de cierto volumen de metal?). Los procesos de fundición que se dan en este capítulo se da desde el proceso que tarda más en solidificarse hasta el que tarda menos en solidificarse como:
Procesos de fundición de arena, Procesos de fundición por espuma perdida, Proceso de fundición por yeso y el que menos tiempo tarda para solidificarse es el proceso por cerámica
PROBLEMAS CUANTITATIVOS 11.37 Estime la fuerza de cierre para una máquina de fundición a presión en matriz en la que la fundición es rectangular con dimensiones proyectadas de 125 mm _ 175 mm (5 pulgadas _ 7 pulgadas). ¿Su respuesta dependería de si se trata de un proceso de cámara caliente o de cámara fría? Explique su respuesta. R.-
Fundición rectangular : 125mm x 175mm Fuerza de cierre = F_c F_c = p * Sc Sc = 125 * 175 = 21875 〖mm〗^2
En cámara caliente P = 15 MPa = 15* 〖10〗^6 N/m^2 Fc = 15*〖10〗^6 N/m^2 * 0,0218 m^2
En cámara fría P generalmente esta entre 20 a 70 MPa Asumimos P=45 MPa El área proyectada es 35 in2. Para el proceso de cámara caliente y la utilización de una presión media de 2,000 psi, la fuerza es 2,000 x 35 = 70,000 libras. Para el proceso de cámara fría y la utilización de una presión de 6,000 psi, la fuerza es 210,000 libras. Así, la fuerza depende la complejidad de forma así como del proceso.
11.38 La pieza en bruto para el carrete mostrado en la figura P11.38 se fundirá en arena a partir de una aleación de aluminio para fundición A319. Dibuje un esquema del modelo de madera para esta parte e incluya todas las tolerancias necesarias para la contracción y el maquinado.
CONTRACCIÓN Y MAQUINADO Tolerancias: Al, 7.1% de solidificación ,660ºC Al-4.5Cu , 6.3% de solidificación ,570ºC Al-12 Si, 3.5% de solidificación ,580ºC
11.39 Repita el problema anterior, pero suponga que el carrete de aluminio se fundirá utilizando fundición de modelo desechable. Explique las diferencias importantes entre los dos modelos. R.- Las principales categorías de fundición de moldes desechables son la fundición en arena, en molde de cascara, en molde de yeso, en moldes cerámicos, de modelo evaporativo y de revestimiento
Estos son unos modelos menos costosos para fabricar moldes y la arena se recicla fácilmente para su uso posterior. En el método de superficie seca, la superficie del molde se seca ya sea guardando el molde en aire o secándolo con sopletes debido a su mayor resistencia, estos moldes se utilizan en general para fundiciones grandes
11.40 En la fundición en arena es importante colocar pesas sobre la mitad superior del molde con suficiente fuerza para evitar que flote cuando se vacía el metal en el molde. Para la fundición mostrada en la figura P11.40, calcule la cantidad mínima de peso necesaria para evitar que el molde superior flote al vaciar el metal fundido. ( S ug erenci a: La fuerza de flotación ejercida por un metal fundido en el molde superior depende de la altura efectiva de la presión potencial del metal arriba del molde superior).
R: w = peso específico del metal=0.26 lb/pul³ F = Ah m w
= (3x 5)( 3)(0.26)= 11.7 lb
11.41 Si se necesita una aceleración de 100 g para producir una parte en una fundición realmente centrífuga y la parte tiene un diámetro interior de 10 pulgadas, un diámetro exterior de 14 pulgadas y una longitud de 25 pies, ¿qué velocidad rotacional requiere? Dan a la aceleración angular α = ω2r Reconociendo que forcé más grande es experimentado en el radio exterior, este valor para la r es usado en el cálculo: α = ω2r = 100 g = 3220 ft/s2
Por lo tanto, solucionando para ω ω =√ / =√ (3220 /2)/(0.583 ) = 74 rad/s = 710 rpm
11.42Un joyero desea producir 20 anillos de oro en una operación de fundición por revestimiento. Las partes de cera se sujetan a un bebedero central de cera de 0.5 pulga-das de diámetro. Las sortijas se localizan en cuatro filas, cada una a 0.5 pulgadas de la otra en el bebedero, y re-quieren
un canal de alimentación de 0.125 pulgadas de diámetro y 0.5 pulgadas de longitud. Estime el peso del oro necesario para llenar totalmente los anillos, canales y bebederos. La gravedad específica del metal es 19.3.
Datos:
ρAu = 19.3 ρAu =
mT VT
VT = VBeb + 20*Vani π∗ϕ Beb∗HBeb VBeb = 4 HBeb = (3*0.5) + (4*0.125) HBeb = 2 (pulgadas)
π∗(.) ∗() VBeb = 4
VBeb = 0.393 ( pulgadas) π∗ϕAni∗HAni VAni = 4 π∗(.) ∗(.) VAni = 4
VAni = 6.136*10− (pulgadas ) VT = 0.393 + 20*(6.136* 10−)
VT = 0.515 (pulgadas )
mT = ρ *VT Au
mT = (19.3*0.515) mT = 9.948 SINTESIS, DISEÑOY PROYECTOS 11.44 Liste los materiales para moldes y matrices utilizados en los procesos de fundición descritos en este capítulo. Debajo de cada tipo de material, liste los procesos de fundición que se emplean y explique por qué son adecuados R.- Arena verde.-la arena verde es muy importante en la fundición porque es un proceso en el que se destacan los siguientes aspectos: Económico: es un proceso más barato que el resto. Resistencia a altas temperaturas. Posibilidad de obtención de piezas de hasta menos de 3mm de grosor de acero. Posibilidad de utilización en gran cantidad de metales y aleaciones. Acabado uniforme y liso. No requiere de tolerancias especiales. Aproximadamente un 90% del material del molde es reciclable. Se trata de un proceso flexible con costos de materiales bajos. Piezas sin tensiones residuales. Aglutinantes.- La finalidad de estos agentes es aumentar las propiedades de cohesión y plasticidad de las arenas, se recubre con estos productos la superficie de los granos utilizados en la preparación de moldes y corazones. Pueden ser de naturaleza orgánica: cereales, almidones, harina de maíz o de madera, dextrina, melaza, alquitrán, resinas, aceites y carbón vegetal; e inorgánicos como: arcilla, bentonita, óxido de hierro, cemento, silicato de sodio, harina de sílice. Todos ellos para obtener condiciones óptimas durante el proceso de fundido.
Grafito compactado.- La finalidad de estos agentes es aumentar las propiedades de cohesión y plasticidad de las arenas, se recubre con estos productos la superficie de los granos utilizados en la preparación de moldes y corazones. Pueden ser de naturaleza orgánica: cereales, almidones, harina de maíz o de madera, dextrina, melaza, alquitrán, resinas, aceites y carbón vegetal; e inorgánicos como: arcilla, bentonita, óxido de hierro, cemento, silicato de sodio, harina de sílice. Todos ellos para obtener condiciones óptimas durante el proceso de fundido. Yeso.- este proceso es también muy importante porque tiene talco y harina de sílice a fin de mejorar la resistencia y controlar el tiempo necesario para que se
endurezca el yeso. Estos componentes se mezclan con agua, y el lodo resultante se vierte sobre el modelo.
11.45 La forma óptima de una mazarota es esférica, para asegurar que se enfría más lentamente que la fundición que alimenta. Sin embargo, es difícil fundir mazarotas con esa forma. (a) Dibuje la forma de una mazarota ciega que sea fácil de moldear pero que tenga la menor relación área-volumen posible. (b) Compare el tiempo de solidificación de la mazarota en la parte (a) con el de una mazarota con forma de cilindro circular recto. Suponga que el volumen de cada mazarota es el mismo y que su altura es igual a su diámetro. (Ver ejemplo 10.1).
Se muestra un bosquejo de una contrahuella ciega que es fácil de lanzar anterior, constituido por un cuerpo cilíndrico y uno hemisférico parte. Obsérvese que la altura de la parte cilíndrica es igual a su radio (de modo que la altura total de el montante es igual a su diámetro). El volumen, V, de este elevador es:
Dejando que V sea unidad, tenemos r = (3π/5)1/3, El área superficial A de este
elevador es Así, a partir de la Ec. (10.7) en p. 272, el tiempo de solidificación, t, para el elevador ciego será t = C (V /A) 2 = C (1/5.21)2 = 0.037C
11.46 Dibuje una línea de fundición automatizada que consista en maquinaria, transportadores, robots, sensores, etc., y que realice automáticamente el proceso de fundición de modelo desechable.
Línea de fundición de aluminio por presión automatizada
11.47 ¿Cuál de los procesos de fundición sería más adecuado para fabricar juguetes pequeños? ¿Porque? La más adecuada es la fundición a presión en matriz porque los costos de los equipos, en particular el de las matrices, es alto, pero en general los costos de la mano de obra son bajos debido a que ahora el proceso es semi o totalmente automatizado. La fundición a presión en la matriz es económica para grandes lotes de producción.
11.48. Describa los procedimientos que usaría para fabricar una estatua grande de bronce. ¿Qué proceso(s) de fundición sería(n) adecuado(s)? ¿Por qué? Se realiza una réplica en madera escayola o arcilla, se aplica un lubricante y goma de silicona, 6 horas después la goma se endurece y la réplica lubricada se desprende fácilmente y deja un molde de goma más detallado. Se vierte cera caliente en el molde, la cera se enfría en 15 min y deja una réplica de cera exacta en la escultura, se pone se pone un bebedero por el cual el bronce
pasara, se sumerge la escultura de cera en un material de cerámica, se aplica silicio en polvo (mineral común para reforzar la cerámica. Se somete a la presión de vapor caliente de la máquina por 10 minutos, la cera que se encuentra dentro del molde de cerámica se derrite y deja un molde de cerámica endurecido y nuevo. El molde de cerámica pasa a una mufla a 850 °C, dos horas después sale de él y éste es el molde acabado en el que se fundirá el Bronce. Se calienta el Bronce 1140 °C y se vierte al molde de cerámica, tarda unos minutos para solidificarse, se rompe el molde de cerámica y podemos observar la Estatua de bronce. Limpia con chorros de arena para eliminar los residuos de cerámica y se cierra el bebedero. Se sueldan los agujeros imperfecciones y después se pule la estructura usando una pulidora. S e pulveriza la estatua con una capa de ácido esta capa llamada rápida es la que hace que tenga ese resplandor y su riqueza de color y por último se da una mano de cera para que brille. Los procesos de fundición en este caso pasa por 3 procesos antes se pueda verter el bronce. Por que asi la escultura sale mas precisa y con mayor detalle.
Molde de silicona
Molde de cera
Escultura terminada 11.49 Escriba un breve informe sobre la permeabilidad de los moldes y las técnicas utilizadas para determinar la permeabilidad. La arena de fundición es sílice (Si02) o sílice mezclada con otros minerales. Esta arena debe tener buenas propiedades refractarias, expresadas como la capacidad de resistir altas temperaturas sin fundirse o degradarse. Otras características importantes son: el tamaño del grano, la distribución de tamaños del grano en la mezcla y la forma de los granos. Los granos pequeños proporcionan mejor acabado superficial en la fundición pero los granos grandes son más permeables, para que los gases escapen durante el vaciado. Los moldes hechos de granos irregulares tienden a ser más fuertes que los moldes de granos redondos debido al entrelazado de los granos, pero esto tiende a restringir la permeabilidad. En la fabricación del molde, los granos de arena se aglutinan por medio de una mezcla de arcilla y agua. La proporción típica (en volumen) es 90% de arena, 7% de arcilla, 3% de agua. Se pueden usar otros agentes aglutinantes en lugar de la arcilla, como resinas orgánicas (por ejemplo, resinas fenólicas) y aglutinantes orgánicos (Por ejemplo, silicato y fosfato de sodio). Algunas veces se añaden a la mezcla de arena y aglutinante ciertos aditivos para mejorar propiedades como la resistencia y permeabilidad del molde. Se usan varios indicadores para determinar la calidad de la arena para el molde:
11.50 Comúnmente, los metales ligeros se funden en moldes de hule vulcanizado. Efectúe una investigación a partir de la bibliografía y describa la mecánica de este proceso. Vulcanizado por compresión. El material empleado es la "goma", es decir, caucho vulcanizado. La vulcanización se produce cuando la mezcla de goma
aún sin vulcanizar (incluye azufre y acelerantes) se calienta bajo presión a temperaturas normalmente superiores a 150° c. La vulcanización es un proceso químico en el que se modifican las cadenas moleculares y se obtiene un producto elástico y no termoplástico. El proceso de obtención de metales ligeros es el siguiente: Se emplea un molde de dos piezas (base y tapa). La base se sujeta al plato inferior calefactado de la prensa de vulcanización y la tapa al plato superior igualmente calefactado. Con la prensa abierta, se pone en la base del molde una preforma de goma sin vulcanizar, con el peso predeterminado que precisa el molde. Se cierra la prensa y se inicia el proceso de vulcanización que durará de 5 a 20 minutos, según el material empleado, la masa de goma o la temperatura de los platos calientes. La presión de cierre de la prensa hace que la mezcla sin vulcanizar se distribuya por el molde, adaptándose a sus formas. Cuando termina el ciclo, se abre la prensa y se extrae el metal ya vulcanizado, que sale lógicamente caliente.
11.51 Algunas veces es deseable enfriar los metales más lentamente que como se haría si los moldes se mantuvieran a temperatura ambiente. Liste los métodos y explique por qué los utilizaría para hacer más lento el proceso de enfriamiento. -RECOCIDO TOTA Este proceso consiste en el calentamiento del acero a la temperatura adecuada durante un tiempo y luego enfriar muy lentamente en el interior del horno o en algún material aislaste del calor. Utilizaría para proporcionar suavidad, mejorar las propiedades eléctricas y magnéticas y, en algunos casos, mejorar el maquinado. - RECOCIDO PARA LA ELIMINACIÓN DE ESFUERZOS Este proceso se utiliza para eliminar esfuerzos residuales debidos a un fuerte maquinado u otros procesos de trabajo en frío. Este recocido, también denominado subcrítico, se lleva a cabo a temperaturas por debajo de la línea crítica inferior A3. Utilizaría Para determinar el contenido de carbono aproximado en el acero, ya que el contenido de ferrita proeutectoide relativo al contenido de perlita sigue una relación lineal con respecto al contenido de carbono. - RECOCIDO DE PROCESO Es un proceso muy parecido al recocido para eliminar esfuerzos, ya que se calienta el acero a una temperatura por debajo de la línea crítica inferior. La utilización de este tipo de tratamiento se orienta hacia las industrias de láminas y cable. Si se aplica después del proceso en frío se suaviza el acero por medio de la re cristalización, para un posterior trabajo. -ESFEROIDIZACIÓN Es un proceso por el cual se mejora la maquinabilidad. El método que suele emplearse es el mantenimiento durante un tiempo prolongado a una
temperatura ligeramente inferior a la línea crítica inferior. Este tipo de proceso se emplea para obtener una mínima dureza, una máxima ductilidad o una máxima maquinabilidad en aceros al alto carbono. Los aceros al bajo carbono (como lo son nuestras muestras) rara vez esferoidizan por maquinado, porque en la condición de esferoidizados son excesivamente suaves. -NORMALIZADO El tratamiento térmico de normalización del acero se lleva a cabo al calentar aproximadamente a 20ºC por encima de la línea de temperatura crítica superior seguida de un enfriamiento al aire hasta la temperatura ambiente. La normalización puede utilizarse para mejorar la maquinabilidad, modificar y refinar las estructuras dendríticas de piezas de fundi ción, refinar el grano y homogeneizar la microestructura para mejorar la respuesta en las operaciones de endurecimiento. -TEMPLADO La técnica de templado consiste en calentar los el acero hasta que se alcance la temperatura crítica austenita+ ferrita austenita al igual que en el recocido y normalizado, seguido de un enfriamiento lo suficientemente rápido con el f in de endurecer la muestra considerablemente.
11.52La parte que se muestra a continuación es una cáscara hemisférica utilizada como acetábulo (seta formada) en un reemplazo total de cadera. Seleccione un proceso de fundición para esta parte y proporcionar un bosquejo de todos los patrones o útiles necesarios si se va a producir a partir de una aleación de cobalto-cromo. R = 28
Dimensiones en mm Por el estudiante. Varias respuestas son posibles dependiendo sobre las estimaciones del estudiante sobre la tasa de producción y el equipo costes. En la práctica, dicha parte se una operación de colada de inversión, en la que las partes individuales con los corredores se moldean por inyección y luego se canal central. Las herramientas que se necesitarían incluyen: (a) Un molde para el moldeo por inyección de cera en la forma de la copa.
(b) Plantillas para la colocación de la forma de la copa en el bebedero, para asegurar espaciado para un enfriamiento controlado uniformemente. c) Dispositivos de mecanizado. También debe observarse que el patrón de cera será mayor que la colada deseada, debido a la contracción así como la incorporación de una contracción tolerancia.
11.53.-La porosidad desarrollada en la protuberancia de una colada se ilustra en la siguiente figura. Mostrar que esto el problema se puede eliminar simplemente reposicionando la línea de separación de esta fundición.
Capa pluvial Arrastrar Jefe Riser Part Porosidad del núcleo Obsérvese en la figura a continuación que el saliente está a cierta distancia del elevador ciego; por consiguiente, el saliente puede desarrollar porosidad como se muestra debido a la falta de suministro de metal fundido a partir del t ubo de subida. El esquema a continuación muestra una línea de separación reposicionada que eliminaría la porosidad en el jefe. Tenga en cuenta que el jefe puede ahora ser suministrado con metal fundido, ya que comienza a solidificar y encoger.
