PROCESOS DE FUNDICION DE LOS METALES 11.1) Describa las diferencias entre los moldes desechables y los permanentes. Moldes desechables ✓ -son aquellos producidos de arena, yeso, cerámica y materiales similares y en lo general se mezclan con diversos aglutinantes. ✓ -Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo. -No requieren de tolerancia especiales. -El acabado es uniforme y liso. ✓ -No requiere de piezas sueltas y complejas. -No requiere de corazones ✓ -El moldeo se simplifica notablemente. Moldes permanentes -son aquellos moldes producidos de metales. -se reutilizan en repetitivas ocasiones. -buenos conductores de calor. -mayor velocidad de enfriamiento. -afecta a la microestructura y al tamaño de grano del mismo. -Mejora la calidad de la fundición más pesado con mejor uso de los equipos y de herramientas -Producciones de masa se puede hacer es una producción sola ejecutar, lo que reduce el costo de fabricación ✓ -Los productos tienen excelentes propiedades mecánicas. ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
11.2 Nombre los factores importantes al seleccionar arena para moldes. - La forma de los granos de la arena; si esta tiene granos finos y redondos se puede apisonar de modo más compacto, y en consecuencia formar un molde con superficie más lisa - La arena para una fundición apropiada debe estar limpia, y de preferencia debe ser nueva.
- La permeabilidad; los granos finos de arena reducen la permeabilidad, una buena permeabilidad de los moldes y de los corazones permite que los gases y el vapor generado durante la fundición escapen fácilmente. - La colapsibilidad; el molde debe tener una colapsibilidad 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? Existen tres tipos básicos de moldes de arena: de arena verde, de caja fría y sin cocción. El material más común es la arena verde para moldeo, que es una mezcla de arena, arcilla y agua. -ARENA VERDE.- El material más común es la 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 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. - 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 endurece 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. Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílicao arena verde. 11.4 Liste los factores que deben tomarse en consideración al seleccionar materiales para modelos. Los modelos se utilizan para moldear la mezcla de arena y dar forma a la fundición; pueden estar hechos de madera, plástico o metal. La selección de un material para el modelo depende: -Del tamaño y la forma de la fundición.
-La precisión dimensional. -La cantidad de fundiciones requeridas. -El proceso de moldeo. Debido a que los modelos se reutilizan para elaborar moldes, la resistencia y durabilidad del material elegido debe reflejar el número de fundiciones que dichos modelos producirán. Éstos pueden fabricarse de una combinación de materiales para reducir el desgaste en regiones críticas, y por lo general se recubren con un agente de separación para que la fundición se extraiga más fácilmente de los moldes. 11.5) ¿Cuál es la función de un corazón o macho? Insertarse en una cavidad del molde antes del vaciado, para que al fluir el metal fundido, solidifique entre la cavidad del molde y el corazón, formando así superficies externas e internas de la fundición. Por ejemplo 11.6) ¿cuál es la diferencia entre la fundición de molde de arena y la de molde en cascara? Fundición en arena ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
-Fundición utilizada por milenios y todavía aún prevalece. -sin límite en el tamaño, forma o peso de la parte. -bajo costo herramental. -acabado superficial relativamente grueso. -se requiere algún acabado.
Fundición en cascara ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
--buena precisión dimensional y acabado superficial -alta calidad de producción. -tamaño limitado de la pieza. -modelos y equipos costosos. -aplicada para piezas de alta precisión.
11.7 ¿Cuáles son los moldes compósitos? ¿Por qué se utilizan? Se utiliza para mejorar la resistencia de molde, controlar las velocidades de enfriamiento y optimizar la economía global de los procesos de fundición. Son los moldes combinados de dos o más materiales, tienen parte desechable y permanente esto hace que adquiera ambas propiedades. 11.8) Describa las características de la fundición en molde de yeso. ✓ -las piezas fundidas tienen detalles finos con acabado superficial. ✓ -precisión dimensional. ✓ -bajo costo. ✓ -producción en masa. ✓ -baja permeabilidad, lo cual deja escapar gases. ✓ -no pueden soportar altas temperaturas, como los moldes de arena. 11.9 ¿Por qué el proceso de fundición por revestimiento es capaz de producir detalles finos en la superficie de las fundiciones? Es por la utilización de moldes flexibles que mejora el acabado superficial de las copias en cera. Se debe tomar muy en cuenta los escapes que permiten la correcta fluidez del vertido del metal y escapes de gases. 11.10.-Nombre el tipo de materiales usados para los procesos de fundición en molde permanente. Se fabrican dos mitades de moldes con materiales de lata resistencia a la erosión y a la fatiga térmica, como el hierro fundido acero, latón, grafito o aleaciones metálicas refractarias. Las partes que se fabrican con estos materiales son los pistones de automóviles cabezas de cilindros, bielas, disco para engranajes de electrodomésticos y artículos de cocina. 11.12 Liste las ventajas y limitaciones de la fundición a presión en matriz. Ventajas - Se producen cajas y Mono bloques para motores, juguetes - Costo de mono de obra baja en la semiautomatizacion - Mas económica para grandes lotes de producción Limitaciones
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Pesa menos de 90 g (3 onzas) La fuerza varían de 0.7 a 700 MPa
11.13 ¿Cuál es el propósito de una mazarota? ¿Y de un respiradero? Mazarotas.- Suministran metal fundido adicional a la fundición conforme esta se contrae durante la solidificación. Respiraderos.- También llamados vientos, 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. 11.14.- De algunas razones para usar insertos para matrices. Las partes que por lo común se producen mediante a la fundición a presión en matriz o bloques para dichas fundiciones. Este método de utilizar insertos de matrices es la manera mas fácil de que la fundición sea homogénea y que presente una forma de calidad y que no tenga porosidades o burbujas en todo el proceso de fundición . 11.15) ¿Qué es la fundición por dado impresor? ¿Cuáles son sus ventajas? El proceso de fundición por dado impresor (o forjado de metal líquido) es una combinación de fundición y forjado, comprende la solidificación de metal fundido a alta presión. Sus ventajas son que 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 fina con buenas propiedades mecánicas. Supera las dificultades de alimentación que pudieran surgir al fundir metales con un largo intervalo de solidificación, así mismo se pueden hacer partes complejas con una forma cercana a la neta y un detalle fino de la superficie, tanto con aleaciones no ferrosas como con ferrosas. 11.16 ¿Cuáles son las ventajas del proceso de fundición a la espuma perdida? Estas son algunas de las ventajas que debemos añadir de la eficacia de este proceso: • Genera beneficios tecnológicos, ambientales y económicos. • Coladas de alta calidad
• •
Bajos requisitos de maquinaria Reducción en los gastos de energía en los niveles de contaminación.
11.17.- si solo necesita unas pocas unidades de una fundición particular, ¿qué proceso(s) utilizaría? ¿Por qué? En general la respuesta depende de crear prototipos d patrón o molde, se tiene a producir fácilmente y el proceso de cera perdida (fundición de inversión ) se puede utilizar para pequeñas series de producción. Si se dispone de un sistema de impresión tridimensional, se puede crear un molde de arena directamente para moldeo en arena. Si la pieza es demasiado grande para la colada de , se puede producir una placa de patrón para la colada de arena . si una fresadora CNC disponible, se puede producir espuma de cera y la fundición de inversión o la espuma perdida, de lo contrario , la colada de arena es quizás la más económica debido a los inherentes a los costos de herramientas 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 A fin de cumplir requerimientos específicos de ingeniería y de servicio, una gran variedad de partes y componentes se producen por medio de fundición. Dos tendencias 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. Por ejemplo, las fundiciones de arena y las fundiciones por molde evaporativo son capaces de fundir casi cualquier metal, sin limitaciones de tamaño, pero si se requiere una pieza de forma intrínseca se recurrirá a una fundición de molde cerámico y si se requiere de más precisión una fundición por revestimiento, y así los procesos van de acuerdo a los requerimientos de la manufactura de la pieza y de su volumen.
11.19 ¿Por qué la fundición a presión en matriz produce las partes fundidas más pequeñas? Esto se debe 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. Este método además de producir piezas con dimensiones más pequeñas y precisas también proporcionan un buen acabado superficial, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado. 11.20) ¿Qué diferencias (si es que existe alguna) hay entre las fundiciones fabricadas mediante molde permanente y por fundición de arena? Existiría en las propiedades mecánicas o pueden ser atributos de diseño es decir que en las fundiciones de molde permanente poseen un mejor acabado superficial, Tolerancias dimensionales más cercanas, propiedades mecánicas más uniformes y más finas Sin embargo, las fundiciones de arena generalmente serán de más intrincado, tamaños globales más grandes y (dependiendo de la aleación) menor en costo que el molde permanente
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 Los moldes se precalientan primero para prepararlos, y se rocía la cavidad con uno o más recubrimientos. Entonces si se recomienda el precalentamiento ya que 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 fundición. 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. Una vez que el molde se ha creado, este se debe preparar para el vertimiento del metal fundido. La superficie de la cavidad del molde se lubrica en primer lugar para facilitar la extracción de la pieza de fundición. Luego se colocan en su sitio los corazones, se unen las mitades del molde y se sujetan. Es fundamental que las mitades del molde permanezcan firmemente cerradas para evitar cualquier pérdida de material. No produce ninguna diferencia en cuanto al material porque mayormente con los que trabajan son (aleaciones de hierro, acero, brona, latón, etc.) 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 que se aplica 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 fina con buenas propiedades mecánicas. Se puede realizar partes complejas muy cercanas a la original tienen mayor precisión y un detalle fino de la superficie tanto en las aleaciones ferrosa y en las aleaciones no ferrosas.
Sin embargo en la de moldes desechables donde se solidifica el metal debe ser destruido para mover la fundición. Estos moldes se hacen de arena, yeso o materiales similares que tienen su forma, usando aglomerantes de varias clases. La fundición en arena es el ejemplo más prominente. En la fundición de arena se vacía metal líquido dentro del molde hecho de arena. Después de que el metal se endurece, se sacrifica el molde a fin de recuperar la fundición. Es por esta razón que no tiene mucha precisión dimensional que la de fundición por dado impresor 11.24.- ¿Cómo se sujetaría los moldes individuales de cera en un árbol en la fundición por revestimiento? Tanto el patrón como el árbol se funden localmente en la superficie de contacto y se mantiene unidos; después de la solidificación, las superficies se fusionan entre si esto se repite para cada patrón hasta que “ARBOL” se ha completado. 11.25 Describa qué medidas tomaría para reducir el movimiento de los corazones o machos en la fundición en arena. Es posible evitar que los machos o corazones se muevan utilizando soportes metálicos (soportes de corazones) para fijarlos en su lugar son los pequeños apoyos metálicos que actúan tanto como un espaciador para el corazón para asegurar la posición apropiada principal como como un apoyo añadido para oponerse al cambio además de que actúan como espaciador para el corazón para asegurar la correcta ubicación del corazón y como un soporte adicional para resistir el desplazamiento.
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? 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. No se pueden hacer partews mas delgadas debido a la alta conductividad térmica que exhiben los matrices de metal, existe un espesor limitador por debajo del cual el metal fundido se solidificará prematuramente antes de llenar completamente el molde cavidad. además de que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes 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. Las piezas huecas y las cavidades se fabrican generalmente con matrices unitarias (véase la Fig. 11.19d en la página 309, 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 (matrices pequeñas y sencillas que pueden combinarse en dos o más unidades en una matriz maestra de sujeción). Los procesos completos de fundición a presión en matriz y de acabado están altamente automatizados. Aunque también se pueden usar núcleos. Se produce el ajuste básico mecánicamente, por ejemplo, para un tubo de aluminio, cuando la matriz se cierra. Una varilla, que se extiende por la longitud de la cavidad, es empujada dentro del molde y el metal fundido es entonces inyectado. Este "núcleo" debe ser recubierto con un agente de separación o lubricante apropiado para asegurar la expulsión pieza sin dañarla. 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.
11.28 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. Debido a que la matriz de metal actúa como un enfriamiento para el metal fundido, el metal fundido se enfría rápidamente, formando una piel dura de grano fino (véase, por ejemplo, la figura 10.3 en la página 263) con mayor resistencia. Por consiguiente, la relación de resistencia a peso de las piezas fundidas a presión aumenta con la disminución de la pared espesor. 11.29.- ¿Cómo se coloca las mazarotas y los bebederos en los moldes de arena? Explique con dibujos apropiados. Las mazarotas y los bebederos se crean usualmente a partir de las formas plásticas o metálicas, por lo tanto se mecaniza un embudo de metal para duplicar la forma deseada en el molde. Este modelo de cola se fija a continuación a la placa patrón antes de llenar el matraz con arena.-Cuando se retira la placa de patrón, se elimina al mismo tiempo los patrones de la cola y de colada.
MAZAROTA BEBEDERO
ARENA
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. En la producción de moldes en cáscara y núcleos, la falta de control de la temperatura es la causa más probable de problemas, núcleos curados desigualmente o núcleos de espesores desiguales son causados usualmente por problemas de control en el horno, entre otros: - Insuficiente número de quemadores ineficientes quemadores en el horno de curado - Una mitad de los núcleos de curación tiene una temperatura mayor a la otra mitad - Cambios de baja y alta temperatura en el punto de fusión de las arenas que son inapropiadamente mezcladas - Los controles de temperatura no funcionan apropiadamente - El núcleo fue removido muy lentamente del horno, almacenando un poco de núcleo para ser calentado luego 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 El metal fundido en la fundición a presión se introduce en la cavidad del molde bajo una presión, esta presión tiene asi una tendencia a separar las mitades del molde, resultando en grandes flashes y partes inaceptables. La abrazadera grande es necesaria para sostener el molde durante todo el ciclo de colada
11.32) ¿Qué proceso se utiliza para fabricar los chocolates huecos? Pequeñas cáscaras son las típicas y fáciles de hacer a través de la fundición por derretimiento usando moldes con divisiones. Esto se puede verificar rompiendo un chocolate y observando que la cara interior es un poco gruesa y no muestra evidencia de tener contacto con un molde. 11.33 ¿Cuáles son los beneficios y perjuicios de calentar el molde en la fundición por revestimiento antes de vaciar el metal fundido? Beneficios.- Mayor fluidez para piezas detalladas - Posible reducción de la tensión una fricción viscosa en el molde de un enfriamiento mas lento - Capacidad para fundir piezas complejas e intrincadas - Buen acabado de la superficie - Recuperación de la cera para reutilizarlo - Por lo general no se requiere maquinado adicional - Las partes realizadas son normalmente de tamaño pequeño - Funde todo tipo de metales y de alta temperatura - Se puede realizar partes complejas de maquinaria paletas y otros componentes para motores de turbina Perjuicios - El molde puede no tener una resistencia tan alta a la temperatura elevada - El metal puede ser menos viscosa y turbulenta - Tiempo de solidificación será mayor con un mayor precalentamiento del molde - Esto afecta a adversamente al tiempo de producción y la economía del proceso - Relativamente costos por la cantidad de pasos de su operación 11.35) ¿Puede un soporte de corazones o machos ser también un enfriador? Explique su respuesta, Los machos o corazones solo forman las regiones huecas o para definir la superficie interior de la fundición y también para la formación de letras sobre la superficie lo cual es esa su función lo cual deja la idea que puede ser un enfriador
debido el sistema ya tiene respiradores lo cual deja escapar los vapores generados al entrar en contacto el flujo de fluido con la arena de que esta hecho el molde.
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? Existe, como era de esperar, cierta superposición entre los diversos procesos, y la velocidad de transferencia de calor puede modificarse cuando se desea. Sin embargo, una clasificación general en términos de la tasa de extracción de calor es la siguiente: 1. fundición a presión (cámara fría): 2. fundición estrujado 3. fundición centrifuga 4. fundición de lodo 5. fundición a presión (cámara caliente) 6. fundición en molde permanente 7. fundición en molde de cascara 8. fundición de inversión 9. fundición en molde de arena 10. fundición en modelo valorativo ( espuma perdida) 11. fundición en molde cerámico 12. fundición en molde de yeso
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 x 175 mm (5 pulgadas x 7 pulgadas). ¿Su respuesta dependería de si se trata de un proceso de cámara caliente o de cámara fría? Explique su respuesta. Dimensión =125 mm x 175 mm = 21 875 mm Dimensión = 5 pulg x 7 pulg =35 pulg Para el proceso de cámara caliente utilizamos la presión media de 2000 psi las presiones llegan hasta 5000. psi= (lb/𝑝𝑢𝑙𝑔2 ) Obtenemos la fuerza: F=2000 psi x 35 pulg = 70 000 lb fuerza. Para el preceso de cámara fría utilizamos una presión de 6000 psi. La presión puede ir de (3000 a 10 000 ksi), Obtenemos la fuerza: F=6000 psi x 35 pulg = 210 000 lb fuerza. Como conclusión tenemos que la fuerza depende del proceso, así como complejidad de la forma. 11.38) La pieza en bruto para el carrete que se muestra en la figura P11.38 se fundirá en arena a partir de una aleación de aluminio para fundición A-319, Dibuje un esquema del modelo de madera para esta parte e incluya todas las tolerancias necesarias para la contracción y el mecanizado.
-Patrón de dos piezas. -Se necesitarán pasadores de localización en la placa de patrón para asegurarse de que estas características se alineen Correctamente. - Indemnización por encogimiento = 5/32 in. /ft. - Deducción de mecanizado = 1/16 pulg. - Proyecto = 3°
11.39 Repita el problema 11.38, pero suponga que el carrete de aluminio se fundirá utilizando fundición de molde desechable. Explique las diferencias importantes entre los dos modelos. En la siguiente figura se muestra un croquis para una colada típica de patrón expandible. También se proporciona una vista en sección transversal para mostrar claramente las diferencias entre los patrones de arena verde (del problema 11.38) y de moldeo evaporativo. Puede haber alguna variación en los patrones producidos por los estudiantes dependiendo de qué dimensiones se les asigna un subsidio de mecanizado. Los elementos importantes de este patrón son los siguientes (dimensiones en pulgadas): (a) Patrón de una sola pieza, hecho de poliestireno. (b) Indemnización por encogimiento = 5/32 in./ft (c) Permiso de mecanizado = 1/16 pulg. d) No se necesitan ángulos de tracción. 0.56 in
0.52 in
11.40 En la fundición de 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. (Sugerencia: la fuerza de flotación ejercida por un metal fundido en el molde superior depende de la altura activa de la presión potencial del metal arriba del molde superior).
La mitad del molde debe ser lo suficientemente pesada o estar suficientemente ponderada para evitar que flote cuando el metal fundido se vierte en el molde. La fuerza de flotación, F, sobre la capa se ejerce por la presión metastásica (causada por el metal en la capa por encima de la línea divisoria) y se puede calcular usando la fórmula F = p*A Donde p es la presión en la línea de separación y A es el área proyectada de la cavidad del molde. La presión es:
p = w*h = (0,26 lb / pu lg 3 ) (3,00 pulgadas) = 0,78 psi
El área de la cavidad del molde proyectada se puede calcular a partir de las dimensiones indicadas a la derecha de la figura en el problema, y se encuentra que es 10.13 pulg2 Así, la fuerza F es
F = (0,78) (10,13) = 7,9 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? g = 32.2 ft/s2 𝛼 = 𝜔2 ∗ 𝑟 = 100 ∗ 𝑔 𝛼 = 3220 𝑓𝑡/𝑠 2 Se toma en cuenta que la fuerza de mayor magnitud es afectada por el radio exterior, entonces: D = 14 in = 1.167 ft r = 0.583 ft 𝜔= √
𝛼 𝑟
3220 𝜔= √ = 74,31 𝑟𝑎𝑑/𝑠 0,583
11.42 Un 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 pulgadas de diámetro. Las sortijas se localizan en cuatro filas, cada una a 0.5 pulgadas de la otra en el bebedero, y requieren 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. La respuesta particular dependerá de la geometría seleccionada para un anillo típico. Aproximadamente un anillo típico como un tubo con dimensiones de diámetro exterior de 1 pulgada, diámetro interior de 5/8 pulgadas, y 3/8 de pulgada de ancho. El volumen de cada anillo es entonces
de 0,18 pulgadas3 y un volumen total de 20 anillos de 3,6 pulg3. Hay veinte corredores en el bebedero, por lo que este componente de volumen es: 𝜋
V= 20( 4 𝑑 2 ) 𝐿 𝜋
V= 20 ( 4 (0.125 𝑖𝑛)2 )0.5 in V= 0.123 𝑖𝑛3 El bebedero central tiene una longitud de 1,5 pulgadas, de modo que su volumen es 𝜋
V= 4 𝑑2 𝐿 𝜋
V= 4 (0.52 )(1.5 𝑖𝑛) V= 0.29 𝑖𝑛3 El volumen total es entonces de 4,0 pulg3, sin incluir el metal en la cuba de vertido, si lo hay. Los el peso específico del oro es de 19,3, por lo que su densidad es 19,3 (62,4 lb / ft3) = 0,697 lb / in3. Por lo tanto, el joyero necesita 2,79 libras de oro. 11.43.- Suponga que es instructor que cubre los temas descritos en este capítulo y que está dando un cuestionario sobre los aspectos numéricos para poner a prueba el conocimiento de los estudiantes. Prepare dos problemas cuantitativos y proporcione su respuesta. a) Hallar la variación de los de volumen que experimenta un bloque de fundición de 8cm x12cm x 7cm al calentarlo desde 15°C Y 47°C. El coeficiente de dilatación es de la fundición es 0.0001 l/°C ∆𝑡 = 47 − 15 = 32℃ 𝑉𝑂 = 8 𝑥 12 𝑥 7 = 672 𝑐𝑚 ∆𝑉 = 𝑉𝑂 ∗ (1 + 3 ∝∗ ∆𝑡 ∆𝑉 = 672 ∗ (1 + 3 ∗ 0.0001 ∗ 32) ∆𝑉 = 678.4512 𝑐𝑚3
b) En un proceso de fundición una barra de hierro fundido a una temperatura de 20℃ tiene una longitud igual de 300 cm el coeficiente de dilatación es de 1.2*10-5℃ calcular la deformación después del proceso de fundición. ∆𝑙 = 𝑙𝑜 ∗∝∗ ∆𝑡 ∆𝑙 = 300 ∗ 1.2 ∗ 10−5 ∗ (120 − 20) ∆𝑙 = 0.36 𝑐𝑚 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 para ese material para molde o matrices en particular. • Arena: Se utiliza debido a su capacidad para resistir temperaturas muy altas, disponibilidad y bajo costo. Se utiliza para la fundición de arena, cáscara, expandido-patrón, inversión y cerámica-molde procesos. • Metal: Como el acero o el hierro. Resulta en un excelente acabado superficial y en buenas dimensiones exactitud. Se utiliza para los procesos de troquelado, lechada, presión, centrífuga y estirado por presión. • Grafito: Se utiliza para condiciones similares a las de los moldes metálicos; sin embargo, las presiones más bajas son tolerables para este material. Se utiliza en procesos de fundición por presión y centrifugación. • Yeso de París: Se utiliza en el proceso de fundición de yeso en la producción de pequeñas componentes, tales como accesorios y válvulas. 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). 𝟏 𝟒𝝅𝒓𝟑 𝟓𝝅𝒓𝟑 𝑽 = 𝝅𝒓𝟐 𝒉 + ( ) ( )=( ) 𝟐 𝟑 𝟑 Asumimos un V= 1 (unidad) , despejando se tiene como radio: r= (3/5𝝅)^1/3 Entonces el área total de la mazarota será:
2
1 3 3 𝐴 = 2𝜋𝑟ℎ + 𝜋𝑟 2 + ( ) (4𝜋𝑟 2 ) = 5𝜋𝑟 2 = 5𝜋 ( ) = 5.21 [𝑢𝑛𝑖𝑑 2 ] 2 5𝜋 Tiempo de solidificación: 1 2 𝑇 =𝐶( ) = 𝟎. 𝟎𝟑𝟕 𝑪 5.21 Del ejemplo 10.1 sabemos que el tiempo de solidificación de un cilindro con una altura igual a su diámetro es T= 0.033 C Por lo tanto nuestro diseño de mazarota se enfriara más lento que la mazarota en forma cilíndrica. 11.46.- Dibuje una línea de fundición automatizada que consista en maquinaria, transportes, robots, sensores, etc., y que realice automáticamente el proceso de fundición automáticamente de modelo desechable.
Área de control de la fundición Zona de transporte de materiales para la fundición
Área de transporte a almacén
Área de automatización robótica
11.47 ¿Cuál de los procesos de fundición sería más adecuado para fabricar juguetes pequeños? ¿Por qué? Los juguetes pequeños, como los coches de metal, se producen en grandes cantidades para que el costo del molde se extienda sobre muchas partes. Refiriéndose a la Tabla 11.1 para producir las intrincadas formas necesarias en grandes cantidades las opciones se reducen a fundición de inversión y fundición a presión. Dado que las partes son no ferrosos, fundición a presión en matriz es la elección lógica. A presión en matriz : Excelente precisión dimensional y acabado superficial; alta capacidad de producción Alto costo de la matriz; partes de tamaño limitado; generalmente limitado a metales no ferrosos; largo tiempo de entrega. 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 producen estatuas muy grandes, como la que se encuentran en parques o museos en una serie de métodos: 1. Es fabricado o esculpido un blanco de cera y a continuación, utilizando fundición de inversión 2. Implica producir un modelo de yeso a partir de una cera o madera en blanco, que está estrechamente relacionado con el molde del yeso y fundición de inversión. 11.49 Escriba un breve informe sobre la permeabilidad de los moldes y las técnicas utilizadas para determinar la permeabilidad. La permeabilidad es la propiedad de la arena que permite el paso de los gases de fusión durante el vaciado de la pieza, está determinada por el numero de finura y la distribución de los granos de arena, no puede ser modificada por la acción directa sobre alguna propiedad, salvo por la humedad en exceso que tiene la capacidad de cerrar los intersticios (espacios vacios) dejados por la arena. El efecto de la permeabilidad usualmente se detecta en el producto final y no en el proceso, a saber:
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Permeabilidades muy altas son indicativos de una arena muy gruesa que permite el libre paso de los gases de fusión, pero que también queda desprotegida ante la acción del metal sobre la arena, esto desencadena el principio de penetración, este tipo de arena es muy fácil de humectar y demanda cantidades bajas de humedad. Permeabilidades muy bajas generan una mejor superficie de pieza, pero desfavorecen la salida de gases de fusión generando problemas de soplado, este tipo de arena es muy difícil de humectar y generalmente demanda una mayor cantidad de agua. La forma de control de permeabilidad se basa en el principio de agregar arena más fina o más gruesa al sistema de arenas, estas adiciones modifican los porcentajes de retención en las diferentes mallas, la desventaja de esta adición es que, usualmente son arenas nuevas y se provoca una condición de expansión térmica que puede ocasionar defectos de expansión.
Existen los siguientes métodos para determinar la permeabilidad: Métodos directos: Son aquellos en el cual su principal objetivo es la determinación del coeficiente de permeabilidad, se pueden dividir en: a) Ensayos de laboratorio: métodos realizados por medio de permeámetros. • Permeámetro ruska: Sirve para realizar medidas de permeabilidad absoluta de secciones de núcleos consolidadas, forzando un gas de viscosidad conocida a través de una muestra de sección y longitud conocidas. •
Permeámetro de carga variable: Para determinar los suelos de mediana a baja permeabilidad; tales como limo y arcillas. b) Ensayos de campo: Basados en principios de los ensayos de carga constante y variable, lo que sera que en suelos de muy baja permeabilidad se induzcan errores por efecto de la temperatura y evaporación. Métodos indirectos: Es aquel que tiene como finalidad la determinación de algún otro parámetro o propiedad del suelo y se los utiliza cuando es imposible aplicar algún otro método directo o como verificación. Halla el valor del coeficiente de permeabilidad a partir de la curva granulométrica, del ensayo de consolidación, de la prueba horizontal de capilaridad y otros.
Las formulas empíricas, relacionan la permeabilidad con otros parámetros del suelo que resultan ser más fáciles de determinar. •
Para limos y arena: k = f (tamaño de las partículas)
11.50) Comúnmente los metales ligeros se funden en moldes de hule vulcanizado, efectué una investigación a partir de la bibliografía y describa la mecánica de este proceso. Se utiliza un elastómero en un contenedor junto con un espacio en blanco de la parte deseada. El elastómero se comprime contra la pieza en bruto, el recipiente es fijado contra la pieza y luego vulcanizado el elastómero y mantiene su forma. Esto está restringido a metales ligeros porque los moldes de caucho se degradan químicamente a las temperaturas de colada para otros metales
11.52 La parte mostrada en la figura P11.52 es una cáscara semiesférica utilizada como copa acetabular (con forma de hongo) en una prótesis de cadera. Seleccione un proceso de fundición para esta parte y dibuje todos los modelos o herramentales necesarios si se va a producir con una aleación de cobalto-cromo. Depende de la tasa de produccion y el costo de equipo producimos mediante las aleciones cobalto- cromo Las herramientas necesarias son - Un molde para el moldeo por inyección de cera en la forma de la copa - Plantillas para la colocación de la forma de la copa en el bebedero, para asegurar espaciamiento para un enfriador -
controlado uniformemente Dispositivos de mecanizado. También debe observarse que el patrón de cera será mayor que la colada, debido a la contracción de la tolerancia
11.53 En la figura p11.53 se ilustra la porosidad desarrollada en la saliente de una fundición. Demuestre que este problema se puede eliminar simplemente reposicionando la línea de partición de esta fundición.
Obsérvese en la figura a continuación que el saliente está a cierta distancia de la mazarota ciega; por consiguiente, el saliente puede desarrollar porosidad como se muestra debido a la falta de suministro de metal fundido desde el tubo ascendente. El esquema a continuación muestra una línea de separación reposicionada que eliminaría la porosidad en el saliente. Tenga en cuenta que la saliente puede ahora ser suministrado con metal fundido, ya que comienza a solidificar y encogerse.
