Fundición en Model Permanente

U ni ver si dad Naci Naci onal de Tr uj i l l o FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE ING. MECÁNICA “

CURSO

: PROCESOS DE MANUFACTURA II

DOCENTE : DOC. VÍCTOR M. ALCÁNTARA ALZA

ALUMNO :     

CICLO

HONORIO MARIN, ALEX JOEL GUTIERREZ AGUILAR, JHOAO JAIMES ALVARO, DARIEN QUIROZ CAPRISTAN, GUSTAVO PAULINO VALDERRAMA, MARTHYN

: VIII

p

Trujillo – Perú Perú 2015

Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica

Contenido CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU 5 1.1.

Historia general de la fundición en el Mundo .............................................................. 5

1.2.

.................................................................... ..... 7 Historia de la fundición en Mesoamérica ...............................................................

1.3.

La obtención de aleaciones en la antigua Mesoamérica. ....................................... 10

1.4.

EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU ..................................................... 12

1.4.1.

.................................................................................................................... 12 Resumen .....................................................................................................................

1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme conforme avanzo el .................................................................................................... 14 desarrollo de la metalúrgica ..................................................................................................... 

............................................................................................................................. .................................................... 14 MILPO .........................................................................



......................................................................................................................... 14 PIERINA ..........................................................................................................................



............................................................................................................... 15 ORCOPAMPA ................................................................................................................



.................................................................................................... 15 CENTROMIN PERÚ .....................................................................................................



......................................................................................................... 15 DOE RUN PERU ..........................................................................................................



.................................................................................................................. ..................................................... 15 MINSUR S.A .............................................................



PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR ................................................................................. 16



SOUTHERN PERÚ ...................................................................................................... 16



.................................................................................................................... ... 16 ANTAMINA ..................................................................................................................

.......................................................................... 16 CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN ........................................................................... ............................................................................................. ..........................18 CAPITULO II: FUNDAMENTOS ...................................................................

2.1.

.......................................................................................................... ...................................... 18 INTRODUCCIÓN ....................................................................

2.2.

FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES ............................................... 18

2.2.1.

................................................................................... 18 Solidificación de los metales ....................................................................................

2.2.1.1.

Metales puros ..................................................................................................... 18

2.2.1.2.

Aleaciones .......................................................................................................... 19

2.2.1.3.

........................................................................................................... 19 Estructura ............................................................................................................

2.2.2.

........................................................................................................... ... 20 Flujo del fluido .........................................................................................................

2.2.3.

......................................................................................... ............................ 20 Fluidez del metal fundido .............................................................

2.2.4.

.............................................................................................. 21 Transferencia de calor ..............................................................................................

2.2.4.1.

................................................................................. 21 Tiempo De Solidificación ..................................................................................

2.2.4.2.

........................................................................................................ .......................................... 21 Contracción ..............................................................

2.2.5.

............................................................................................................... 21 DEFECTOS ................................................................................................................

2.2.5.1.

........................................................................................................... 21 Porosidad ............................................................................................................

CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE ..................................................22 3.1.

.......................................................................................................... ...................................... 22 INTRODUCCIÓN ....................................................................

Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

1

Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica 3.2.

................................................................ ... 22 FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE .............................................................

3.2.1.

................................................................................... 23 FUNDICIÓN EN COQUILLA ....................................................................................

3.2.1.1.

........................................................................................ 23 Moldeo por inversión .........................................................................................

3.2.1.2.

.................................................................................................. 24 Moldeo cothias ...................................................................................................

3.2.1.3.

............................................................... 24 Fundición en coquilla por gravedad ................................................................

3.2.2.

.............................................................. 25 FUNDICIÓN EN MATRICES O DADOS: ...............................................................

..................................................................................................................... 25 Características: ......................................................................................................................

2.2.2.1.

........................................................................................................ 26 Cámara fría .........................................................................................................

....................................................................................................................... ... 27 Características ....................................................................................................................

2.2.2.2.

................................................................................................ 27 Cámara caliente .................................................................................................

....................................................................................................................... ... 28 Características ....................................................................................................................

3.2.3.

........................................................................................................ .......................................... 28 Fundición hueca ..............................................................

3.2.4.

Fundición de baja presión ........................................................................................ 29

3.2.5.

Fundición de molde permanente al vacío .............................................................. ............................................................. 30

3.2.6.

................................................................................................. 30 Fundición centrifuga ..................................................................................................

3.2.6.1.

.................................................................................... 30 Fundición centrifuga pura .....................................................................................

3.2.6.2.

Fundición semi centrifuga .................................................................................... 33

3.2.6.3.

............................................................................................. 33 Fundición centrífuga ..............................................................................................

...................................................................................................... ........................................ 35 CAPITULO IV: COQUILLA ..............................................................

4.1.

.......................................................................................................... ...................................... 35 INTRODUCCIÓN ....................................................................

4.2.

COQUILLA ................................................................... ..................................................................................................................... .................................................. 35

4.3.

FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD ...................................................... 35

4.3.1.

....................... 36 FASES DE LA FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD ........................

4.3.1.1.1.

................................... 36 Pasos para la fundición en coquilla por gravedad ....................................

4.3.1.1.2.

....................... 37 Características de la fundición en coquilla por gravedad ........................

4.3.2.

................................................................. 38 ELABORACIÓN DE LAS COQUILLAS ..................................................................

4.3.2.1.

...................................................................... 38 Cavidad de la Coquilla o molde .......................................................................

4.3.2.2.

........................................................................................... 39 Evacuación de aire ............................................................................................

4.3.2.3.

...................................................................................... 39 Mecanismos de cierre .......................................................................................

4.3.2.4.

......................................................................................................... ... 39 Expulsores .......................................................................................................

4.3.2.5.

.................................................................................................................. ... 39 Guías ................................................................................................................

4.3.2.6.

Respiraderos y mazarotas ............................................................................... 39

4.3.3.

USOS DE LAS COQUILLAS ................................................................................... 40

4.3.3.1.

............................................. 41 Ventajas del proceso de fundición en coquilla ..............................................

4.3.3.2.

Desventajas del proceso de fundición en coquilla ....................................... 41


2

Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica ........................................................................... 42 CAPITULO V: DISEÑO DE LA COQUILLA .........................................................................

5.1.

........................................................................................ .......................... 42 DISEÑO DE LA COQUILLA ..............................................................



..................................................................................................... 42 Transferencia de calor ......................................................................................................



....................................................................................................... 42 Presión Metalostática ........................................................................................................



Contracción ...................................................................... .......................................................................................................................... .................................................... 43



Teoría de fluencia de Von Mises-Hencky ............................................................ ............................................................................. ................. 44

5.2.

DISEÑO DE LA COQUILLA COQUILLA CONSIDERANDO LA TRANSFERENCIA DE CALOR .................... 45

5.2.1.

La coquilla .................................................................. ..................................................................................................................... ................................................... 45

5.2.2.

Selección del material ...................................................................... .................................................................................................. ............................ 45

5.2.3.

Cálculo del calor contenido en el metal fundido ......................................................... 45

5.2.4.

Cálculo del tiempo de desmoldeo............................................................... ................................................................................ ................. 47

5.2.5.

Cálculo del espesor de la coquilla .......................................................................... 48

5.3.

DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA PRESIÓN METALOSTÁTICA 51

5.3.1.

Cálculo del espesor de la coquilla considerando la presión metalostática ...... 51

5.4.

DISEÑO DE LA COQUILLA POR CONTRACCIÓN DEL ALUMINIO .................. 53

5.5.

...................................................................................... ............... 55 COLADO DE LA COQUILLA .......................................................................

5.5.1.

Diseño de la mazarota para el colado de la coquilla .................................................... 55

5.5.2.

Cálculo de las guías de la coquilla ............................................................... ................................................................................ ................. 58

.................................................................................................. ...................................... 60 CAPITULO VI: EJERCICIOS ............................................................ ............................................................................................................................... ............................................................. 60 EJEMPLO 1 .................................................................. ............................................................................................................................... ............................................................. 63 EJEMPLO 2 .................................................................. ............................................................................................... ..........................65 CAPITULO VII: TECNOLOGIA .....................................................................

7.1.

INYECTORA CAMARA FRIA ...................................................................................... 65

7.1.1.

...................................................................................................................... .................................................... 65 USOS ..................................................................

7.1.2.

Características ....................................................................................................... 66

7.1.3.

Planos Y/o partes .................................................................................................. 67

7.2.

........................................................................... 68 INYECTORA CAMARA CALIENTE ............................................................................

7.2.1. 7.3.

Características ....................................................................................................... 69

........................................................................................... ............................ 69 EQUIPOS PERIFERICOS ...............................................................

7.3.1.

Extractor de piezas ....................................................................... ................................................................................................... ............................ 69

7.3.2.

Extractor de material........................................................ material................................................................................................ ........................................ 70

7.3.3.

Lubricador de matrices................................................................. ............................................................................................. ............................ 71

7.4.

...................................................................................................................... ... 72 HORNOS: ....................................................................................................................

CAPITULO VIII: AFINES ..................................................................................................... ................................................................................................................. ............ 73 8.1.

HORNOS DE FUSIÓN ............................................................... ......................................................................................................... .......................................... 73


3

Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica 8.2.

CONSIDERACIONES

ECONÓMICAS DE LA FUNDICIÓN ................................................. 74

............................................................................................................................7 8 BIBLIGRAFIA. ............................................................................................................................ .......................................................................................................................... .................................................. 78 LINCOGRAFIA ........................................................................ ......................................................................................................................... ..................................................78 REFERENCIAS .......................................................................


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CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU 1.1. Historia general de la fundición en el Mundo La utilización de los metales, marca dentro de la historia en nuestro planeta una etapa tan decisiva como los más sensacionales descubrimientos de nuestro moderno mundo contemporáneo; sin equivocación, equivocación, ella llegó a ser la piedra angular del desarrollo actual. Su importancia es tal, que los sabios historiadores no pudieron definir las fronteras de las épocas o eras, que con palabras alusivas: edad de bronce o edad de piedra. El abandono del uso de la piedra como materia prima natural y la búsqueda de mejores materiales, sabia satisfacer la necesidad de fabricar herramientas y armas que al hombre de entonces, le permitiera sobrevivir en un medio donde la competencia con los animales de la época era totalmente desventajosa, sin contar con las rigurosas condiciones de desenvolvimiento habitacional. Todo ello forzó la búsqueda de materiales y procesos para conformar metales que se descubrirían al finalizar la edad de piedra, dando paso al nacimiento de la metalurgia. metalurgia. La fundición de metales es una tecnología prehistoria, pero que aparece recientemente en los registros de la arqueología, nació cuando los antiguos usaron las tecnologías del fuego, llamadas piro tecnologías las cuales proveyeron las bases del desarrollo de la fundición. Se usó el calor para lograr hierro esponjoso y el barro quemado para producir cerámica.


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Los objetos metálicos antiguos que conocemos, tiene más de 10,000 años y no se produjeron por fusión, sino que fueron forzados, eran pequeños pendientes y collares, los cuales fueron martillados de pepitas de cobre nativo y no requirieron soldadura. El periodo arqueológico en el cual el trabajo del metal tomó lugar, fue el Neolítico. Los metales nativos fueron tal vez considerados simplemente como otro tipo de piedra y usaron los mismos métodos de trabajo empleados con la piedra. Así el cobre se empezó a trabajar como una piedras, la aparición del hierro esponja y de cerámicas en el Neolítico evidencia de que el fuego se usó para otros material materiales es al igual igual que para la pied pi edra ra . La fecha exacta del inicio de la fundición como proceso no se conoce. Todo parece indicar que el hierro fue descubierto bajo el mandato del emperador chino FOU-HI aproximadamente en el año 5,000 A. C. La búsqueda de mejores materiales, debía satisfacer la necesidad de fabricar herramientas y armas que al hombre de entonces le facilitaran la supervivencia y la competencia con los animales y el medio. Los arqueólogos llaman calco lítico al periodo en el cual los metales fueron por primera vez dominados y precedió a la edad de bronce aproximadamente entre el 5,000 y 3,000 A. C. Análisis de objetos antiguos sugieren que la forja del metal se conoció antes de desarrollar la fusión de los metales; los hornos eran rudimentarios, no obstante la evidencia demuestra la gran habilidad para lograr elevadas temperaturas, usando como combustible el carbón de leña. Los moldes eran de piedra. Se usó el tradicional uso de la piedra al trabajo de la piro tecnología. Las que se tallaban tenían textura blanda como la esteatita y la andesita. La mayoría de los moldes eran abiertos y no necesariamente hechos para objetos planos, algunos moldes eran multitrabajo y tenían cavidades talladas en cada lado del bloque de piedra. En la edad del bronce inicialmente, se trabajaron los metales en frío por martilleo, para fabricar f abricar armas y herramientas No se sabe ciertamente como se introdujo el fuego para el trabajo de los metales, pero existen hipótesis que atribuyen esto al azar, donde accidentalmente un incendio forestal provocaría las altas temperaturas necesarias para reducir rocas metalíferas, mostrando la forma de obtener mejor materia para el trabajo de los metales 

Parece ser que el trabajo del cobre y el bronce nacieron entre entre los años 5,000 y 3,000 a.m. entre los pobladores de Asia occidental y la costa del mediterráneo. Se piensa que estos metales se obtenían por fusión de ricos minerales de malaquita, usando como combustible el carbón


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de leña. Para ello se utilizarían hornos de arcilla de tiro natural, obteniendo de pequeñas cantidades de un material esponjoso que sería conformado por martillado. Gracias al hallazgo de armas, utensilios, monedas, estatuas y otros objetos; en poblaciones Sirias, Egipcias, Hebreas y Europeas, es posible confirmar que el hierro era trabajado siete siglos antes de cristo. También en el templo de Karnak en el valle de Nilo, se encontró un mural con la representación de una fundición que existió en el año 1,500 A. C. La mayoría de los objetos fabricados por los egipcios eran aleaciones de cobre con estaño, arsénico, oro y plata. Los moldes fueron manufacturados en piedra blanda, donde tallaron la cavidad de la pieza a fabricar. Parece ser que inicialmente, se vaciaba cobre en moldes abierto y que posteriormente en la edad de bronce, apareciera el vaciado en moldes cerrados, haciendo uso a una técnica que hoy se asemejaría al moldeo a la cera perdida. El progreso en la fabricación de piezas cada vez más complejas tales como espadas, ruedas, campanas y otros objetos, desembocan en la aparición del hierro en la antigua Grecia en las vecindades del primer milenio A. C. Más tarde varia culturas trabajarían el hierro, apareciendo piezas aleadas, sin embargo, serian muchos años después, cuando se conociera la forma de reducir grandes cantidades cantidades de minerales ferrosos. 1.2. Historia de la fundición en Mesoamérica Cuando los españoles llegaron a América, ésta se hallaba, en términos generales, en la edad de Bronce. Mucho ha intrigado a los historiadores que no se hubiera pasado a la edad del Hierro, ya que por sus avances en otras ramas se podría prever que disponían de conocimientos para haberlo hecho. Si comparamos el desarrollo de la metalurgia americana con la europea o la asiática, es evidente que la primera debió estar atrasada, desde el punto de vista temporal, respecto a las dos últimas entre 2,000 y 3,000 años. Esta misma separación cronológica hace pensar que la metalurgia americana, como confirmaremos con otros argumentos posteriores, es un desarrollo independiente. El estudio de la metalurgia es una herramienta útil para conocer el desarrollo cultural de un pueblo, dado que para producir, de manera constante, abundantes objetos de metal se necesita una serie de conocimientos metalúrgicos previos, tales como. La obtención del mineral a partir de sus minas. (Minería). 1. La reducción del mineral para extraerle el metal. (Metalurgia extractiva). aleaciones. 2. La obtención de aleaciones.


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Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica 3. La elaboración de objetos por algún método mecánico (Martillado en frío o

en caliente). 4. La elaboración de objetos metálicos por fusión y colado en moldes. (Fundición). 5. La aplicación de técnicas de soldadura, pulido, decoración, etc. De lo anterior, se puede afirmar que un pueblo que elabora objetos de metal, diferente del oro o el cobre nativo, en cantidades grandes, ha debido recorrer este largo camino en el que realizó un acopio de conocimientos tecnológicos y como este arte era realizado por los maestros metalúrgicos, debió haber al menos un incipiente desarrollo social, con tareas diferentes para los campesinos, los alfareros, los fabricantes de armas y adornos y los maestros metalúrgicos. El nacimiento de la metalurgia en América se produjo en dos puntos muy distantes entre sí para considerar que uno pudo tener influencia en el desarrollo del otro. El más antiguo comenzó con la elaboración de objetos metálicos a partir de cobre de los grandes lagos de Norteamérica, explotando los enormes yacimientos de cobre nativo de la Isla Royale entre el 4,000 a.c. y el 1,000 d.c., mientras que los antiguos pobladores del Perú comenzaron a elaborar objetos de oro nativo que obtenían de la arena de los ríos alrededor de 1,200 a.c. Sin embargo, la cultura del cobre nativo de Norteamérica no siguió evolucionando, desde el punto de vista tecnológico, mientras que la del Perú constituyó la cuna del desarrollo metalúrgico de esta región. región. En el comienzo de la minería min ería no se construían túneles, sino que se exploraba la montaña, buscando la zona en donde la veta llegaba a la superficie. Por el efecto del aire y las lluvias, los sulfuros se convirtieron en carbonatos. Los sulfuros de cobre son de color gris, poco llamativo, mientras que los carbonatos de cobre son de color verde como la malaquita o azul como la azurita. Algunos de los óxidos de cobre que los acompañan son rojizos y en algunos casos se puede encontrar cobre nativo en la superficie. Pensamos que los colores llamativos de los minerales pudieron haber inducido al hombre de aquellas épocas a recogerlos y tratar de elaborar con ellos cosas semejantes a las que hacían con otras piedras. Nosotros descubrimos minas indígenas de cobre en una zona situada al norte de la laguna del Infiernillo, en el estado de Michoacán, guiados por declaraciones indígenas contenidas en el Legajo 1204 del Archivo General de Indias fechado en 1533 donde se las describe como minas que estaban en explotación durante el gobierno del último úl timo Calzoncí.


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Se puede resumir nuestros hallazgos diciendo: 1. Las minas son de tajo abierto, es decir, cuando encontraban la veta en la superficie, comenzaban a cavar para retirar el mineral. 2. En las paredes de las minas no se aprecia el empleo de fuego para

quebrar las piedras como algunos autores han sostenido. sostenido. 3. Por la forma de las paredes, se puede decir que no se empleó pólvora ni herramientas de hierro, lo que permitiría decir que no son hechas por gambusinos, sino que se trabajaba con cuñas, posiblemente de madera o astas de animales, para lograr el desprendimiento de las piedras. 4. Las únicas herramientas encontradas en superficie fueron molcajetes de

piedra para moler el mineral, llamados hoy en día en la zona, tiqüiches, aunque no sabemos el origen de dicho nombre, y mazos de piedra. piedra. 5. En la proximidad de una de las minas encontramos una mesa de molienda,

tallada sobre una piedra. 6. Las minas de tajo abierto tienen el inconveniente que cuando las paredes

alcanzan ángulos más agudos que 45º, se caen. Esto es lo que debe haber sucedido en las minas hundidas de Churumuco descritas como tales en el Legajo y encontradas durante nuestro recorrido por la zona. 7. Los indígenas dicen en el Legajo que recogían piedras verdes y a partir de

ellas obtenían el cobre. Esto hace pensar que utilizaban los carbonatos de cobre, tales como malaquita, y por lo que se puede apreciar en los terrenos de las minas prehispánicas que encontramos, éste es el mineral que extraían. 8. Los indios dicen que en Churumuco trabajaban veinte fundidores y que en

un día recogían cada uno de ellos medio celemín de polvo y piedra, cantidad cercana a los 2.3 litros. Después de fundirlo soplando con cañutos sacaban un lingote del largo y ancho de la mano y de dos dedos de espesor y dichos lingotes son la manera como se manejaban y se manejan los metales brutos de fundición. En esa época recibía el nombre de Xeme, el lingote prehispánico al que nos estamos refiriendo y debía pesar alrededor de 4.5 kilogramos. 9. Parecería, por lo que dicen los indios fundidores, que en cada mina

trabajaban 20 fundidores, los que producían por día, una carga y todos juntos producían por mes un montón. Por lo tanto, la l a carga tenía 20 lingotes y pesaba alrededor de 90 kilogramos, y el montón, que era la producción de 20 días, Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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dado que en el mundo prehispánico mesoamericano el mes tenía 20 días. Este montón pesaba 1800 kilogramos Los fundidores también dicen que ellos tenían sus sementeras al pie del cerro, y cuando el Calzoncí les pedía cobre ellos lo fabricaban. Esto hace pensar que el trabajo del fundidor no era permanente, sino que trabajaban como labriegos y, en caso que se necesitara cobre, trabajaban como fundidores.

1.3. La obtención de aleaciones en la antigua Mesoamérica. Largo tiempo debe haber transcurrido desde que el hombre originario de Mesoamérica aprendió primero a fundir los metales nativos, luego a reducir los minerales, hasta que supo que fundiéndolos mezclados o reduciendo los minerales mezclados o minerales mixtos, se podían obtener metales con propiedades diferentes a los metales puros. Estas mezclas de metales son llamadas aleaciones. Por ejemplo, para fabricar un bronce, es decir, una aleación de cobre y estaño, se debió conocer un gran número de técnicas tales como: 1. La molienda del mineral de cobre y la obtención de cobre. 2. La molienda del óxido de estaño (casiterita) y la obtención de estaño

metálico ya que dicho metal no se encuentra como metal nativo en la naturaleza. 3. Aprender la manera de fundirlos juntos para no perder a uno de ellos por

oxidación. 4. Como alternativa sería posible la reducción simultánea del mineral de cobre

con mineral de estaño. Nosotros hemos probado que en la Huasteca Potosina se empleaba el método 5. Los análisis de las aleaciones madres provenientes de esta región afirman estos resultados. En nuestro estudio de las escorias que encontramos en Xiuhquilan7 se confirmó que eran escorias antiguas y no escorias españolas o modernas, por la gran cantidad de glóbulos de metal atrapados en ellas. En algunas, los glóbulos son de cobre, pero en otras los glóbulos son de cobrearsénico, y se observan también vetillas de sulfuro de cobre lo que indica que ya se estaban reduciendo minerales sulfurados. Algunas culturas mesoamericanas, tales como la purépecha, prefirieron fabricar los objetos Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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utilitarios tales como hachas, escoplos, cinceles, buriles, agujas, alfileres, anzuelos, etc., en metal, mientras que otras culturas siguieron utilizando herramientas de piedra. piedra. Los metales, en Mesoamérica, especialmente las aleaciones de cobre, fueron muy utilizados en la elaboración de herramientas. En estos casos es bien diferenciado el uso del cobre para la elaboración de objetos de adorno, mientras que prefieren el empleo del bronce para la fabricación de herramientas. Algunas pinzas de depilar de esta zona, que frecuentemente se piensa que se fabricaban en plata, son de bronce de alto estaño. También encontramos, analizando trozos de alambre provenientes de las excavaciones en Tzin-Tzun-Tzan, un alambre fabricado con una aleación de Cu-Zn, cosa que es poco usual. Sin embargo, revisando los análisis disponibles de otras partes de América, encontramos otros pocos casos de fabricación de latones. Los análisis prueban que el latón, de composición parecida al símil oro actual, por el contenido de impurezas no es una aleación colonial ni moderna. Sin duda, los pobladores de Mesoamérica, en su conjunto, sabían elaborar una serie de aleaciones, entre las que se destacan aleaciones binarias de Cu Ag, Cu-Sn (bronces), Cu- As (bronces arsenicales), Cu-Sb (bronces al antimonio), Cu-Pb (cobre al plomo) y Cu-Zn (latón), mientras que la aleación Au- Ag es una una aleación que se encuentra en estado nativo. nativo. De las aleaciones aleaciones ternarias conocían Au-Ag-Cu (tumbagas), y Cu - Sn - As y Cu - Ag - Pb. Sin embargo no todas las culturas metalúrgicas mesoamericanas sabían fabricar todas ellas sino que su empleo parece estar derivado de los minerales existentes en cada zona.

Códice Mendocino mostrando un fundidor. Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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Códice Florentino donde se muestra a un par de fundidores trabajando. 1.4. EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU 1.4.1. Resumen Las raíces raíc es metalúrgicas meta lúrgicas del Perú se remontan remont an a las la s épocas pres pr es incas donde el poblador andino logró el dominio de las más sofisticadas técnicas para fundir, fundir, alear, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales. En esta revisión mostramos como la experiencia metalúrgica nacional se ha ido gestando para consolidarse en la actualidad en plantas industriales, procesos, formación de capacidades a nivel de pre y posgrado, investigaciones, publicaciones y redes metalúrgicas, ha vinculación a nivel de redes en la que participen las instituciones, empresas, universidades, institutos y centros de investigación; permitirá generar una sinergia para trabajar en equipo en el planeamiento y ejecución de proyectos con visión país„ para la minería artesanal tan dispersada a nivel nacional, en el fortalecimiento de la debilitada mediana minería e incursionar en megaproyectos de gran envergadura para potenciar la industria química y metal mecánica nacional son los desafíos actuales que el país necesita con urgencia. La metalurgia prehispánica en América tuvo un proceso de desarrollo autónomo respecto a influencias extra continentales. Estrictamente en Sudamérica, el centro vital del desarrollo habría estado en la región andina. Ha subregión nor andina y los Andes centrales constituyeron polos de desarrollo de la metalurgia precolombina


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El Perú es un país minero por excelencia y las poblaciones que se asenta ase ntaron ron en su territ terr itor orio io desarrolla desarrollaron ron una larga tradición tradición metalúrgic metalúrgica a que se remonta a más de 1O, OOO anos de antigüedad. Esta tradición se inicia con la extracción de minerales no metálicos como el cuarzo, riolita, toba, cuarcita y calcedonia; con la finalidad de elaborar instrumentos de caza, pesca y recolección; constituyéndose en la actividad minera más antigua de los Andes

El poblador andino logró en dos mil años de experimentación, el dominio de técnicas para fundir, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales. Ha técnica de la soldadura fue conocida por las denominadas culturas regionales (LOO-8OO DC). Los estudios realizados sobre la cultura cultura Moche por Walter Alxa en el sitio de Sipán, encontraron un conjunto de ofrendas trabajadas en diversos metales (oro, plata y cobre), evidenciando un trato naturista, exquisito exquisito y a la vez sofisticado sof isticado en cada una de las l as piezas; además se reporta un amplio dominio de la técnica de soldadura en frío para unir los metales, a través de engrapes, traslapes, remaches y lengüetas; detalles técnicos que no restaron calidad y expresión artística a los múltiples ornamentos encontrados.

En el periodo hispánico nuestro país tuvo el privilegio de realizar las primeras experiencias en hidrometalurgia -técnica que consiste en el tratamiento de aguas de mina para extraer cobre-, llevadas a cabo por Alonso Barba en 1637. Pasaron muchos anos hasta después de la independencia de España, 1848, cuando el químico Pedro Pedro Hugón instaló instaló en Arqueta (Cajamarca) una planta planta de lixiviación usando usando el proceso Augustín. Augustín. En 189O, en Hualgayoc, se iniciaron los primeros ensayos de lixiviación, un año más tarde se instalaron dos talleres de lixiviación en Hualgayoc y Bambamarca. En 1892, se instalan inst alan tres plantas pl antas de lixiviación lixi viación con hiposulfito hiposulfito de sodio en San José (Castroxirreyn (Castroxirreyna), a), Gazuna Gazuna (Cajatambo) (Cajat ambo) y Pilancos (Hualgayoc). (Hual gayoc). Samamé


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Boggio en su monumental obra Perú Minero, menciona que la compañía Minera Pataz (El Gigante) empezó con el tratamiento de minerales de oro por el método de cianuración en 1895. A fines de 1897 funcionaban en el Perú, trece (13) plantas de lixiviación. En 1945, el Perú comenzó a producir soluciones de sulfato de zinc a partir de minerales sulfurados. En 1975, se empezó a aplicar el sistema de intercambio iónico en Cerro Verde. En la década de 198O emergen plantas hidrometalúrgicas de envergadura tales como Cajamarquilla, Cerro Verde, planta de agua de mina en Cerro de Pasco, Yanacocha. Yanacocha. Existen varios vario s proyectos en desarrollo con perspectivas perspectivas de implementar tecnologías tecnologías limpias limpia s y con bajo impacto ambiental. ambi ental. „

1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme avanzo el desarrollo de la metalúrgica Actualmente, Actualmente , a nivel nacional, existen plantas metalúrgicas metalúr gicas con capacidad c apacidad de altos tonelajes de procesamiento como ha Oroya ello, también existen plantas pilotos con capacidad de medianos tonelajes como la que cuenta cuenta la Escuela de Ingeniería Metalúrgica de la UNMSM y empresas de mediano porte. Además en el campo de las aleaciones metálicas existen importantes empresas de gran reconocimiento internacional, a continuación mencionamos las plantas y empresas metalúrgicas que operan en el país y las empresas de servicios asociados a la actividad minera. 

MILPO Es un grupo minero orientado al desarrollo y operación de minas medianas de bajo bajo cost costo, o, prod produc ucto tora rass de zinc, cobre, cob re, plomo plom o y plata pl ata.. Sus prin pr incip cipal ales es

operaciones son:

La Mina El Porvenir, situada en Cerro de Pasco, Perú. Esta mina produce anualmente 19O, OOO TM de concentrados de zinc; 46, OOO TM de concentrados de plomo y 4,4OO TM de concentrados de cobre. La Mina y Refinería Iván, adquirida por Milpo en 1999, se encuentra situada en Antofagasta, Chile. Esta unidad tiene una capacidad de producción de 4O TM de cátodos de cobre por día. 

PIERINA Es una operación ubicada en el departamento de Ancash a tajo abierto que se extrae del mineral con equipos de alta tecnología. El mineral es chancado, lixiviado, decantado, filtrado, precipitado y refinado, para


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obtener el Dore (oro-plat ( oro-plata) a) con bajos costos operativos y alta rentabilidad. rentabilidad. 

ORCOPAMPA Una de las unidades operativas de la compañía de minas Buenave Buenaventura ntura que en el aspect aspecto o metalú metalúrgi rgico co viene viene realiz rea lizando ando divers div ersos os traba tra bajos jos uno de d e ellos ell os es el procesamiento parcial de los concentrados de flotación por cianuración, habiéndose logrado tratar 1, OOO toneladas de concentrados. También se ha iniciado la instalación de un molino de bolas 1L´<16´ para mejorar la granulometría del mineral enviado a flotación. Con la instalación de este equipo esperan esperan incrementa incrementar, r, en el futuro, la capacidad capacidad de la planta Concentradora a 1,5OO TPD.

CENTROMIN PERÚ Desde 199L y por mandato legal, CENTROMIN PERÚ S. A. ha tenido actuando inmerso en un proceso de gestión empresarial, inédito y dual; manifestado por un lado en el cumplimiento eficiente de una gestión productiva, comercial y administrativa señalada señalada en sus estatutos; y por otro lado el cumplimiento estricto de un proceso de promoción de la inversión privada y la transferencia de todas sus unidades productivas y activos al sector privado; acciones que tienen entrando en su última fase.

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DOE RUN PERU Es la compañía integrada integrada de extracción, fundición, fabricación y reutilización de metales met ales más grande gran de del mundo. Doe Run Company Company es es propiedad de Renco Group, Inc. una empresa privada constituida en la ciudad de Nueva York. El liderazgo de larga tradición de la compañía Doe Run en la industria de los metales y como mayor productor de plomo en los Estados Unidos se fortalece enormemente con la adquisición de la fundición y refinería de ha Oroya, Perú. Este complejo de la Doe Run Perú inicia sus operaciones en 1997 con la producción de metales como cobre, plata, zinc, oro y especialmente plomo.

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MINSUR S.A San Rafael y la Planta Fundición y Refinación, son son las Unidades económicas económicas en las que se han desarroll desarrollado ado las actividades de producción de la empresa. la planta de beneficio en la unidad de producción de San Rafael, cuenta con capacidad instalada de tratamiento de 15OO toneladas diarias, operándose con éxito al 1OO% de su capacidad. Ha planta de Fundición y Refinación Ubicada en Pisco, cuenta con una capacidad instalada para la producción de 3O, OOO toneladas al año. año. 


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PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR

Ubicada en el Departamento de Ica, provincia de Pisco en el Kilómetro L4O L4O de la Panamericana Paname ricana Sur Su r se ha construido la planta metalúrgica metalúrgica más moderna moderna del Perú. En FUNSUR los concentrados son procesados mediante aplicación aplicación de tecnología de punta, denominado «de baño sumergido», con la patente SIROSMEhT para producir un estaño de alta calidad que permite al Perú ponerse pone rse en el e l primer lugar a nivel nivel latinoamericano latinoamericano en este valioso metal. metal. SOUTHERN PERÚ Es una compañía que transforma recursos naturales, es un productor integrado de cobre y la compañía minera más grande del Perú. A nivel mundial, mundial , Southern Southern Perú está entre las diez principales principales productor productoras as privadas pr ivadas de cobre. Fundada el 15 de diciembre de 1955 por cuatro compañías de los Estados Unidos de Norteamérica, Southern Perú opera en el país desde 1956 y entre sus principales productos destacan el cobre, el molibdeno y la plata. La misión de la compañía es obtener los mejores resultados económicos- financieros con el uso eficiente de sus activos, mediante un crecimiento sostenido y observando altos niveles corporativos de cumplimiento en los aspectos ambiental, cívico y social. 

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ANTAMINA Compañía Minera Antamina S.A. (CMA), es una empresa constituida en el Perú, regida por leyes peruanas, y cuyos accionistas son cuatro compañías líderes en la minería internacional„ Noranda internacional„ Noranda Inc., con el 33,75%, BHP Billiton Plc., con el 33,75%., TecK-Cominco himited, con el LL, 5%, Mitsubushi Corporation, con el 1O%.

En la década del 5O del siglo pasado, el yacimiento de Antamina estuvo dentro de la cartera de exploración exploración de la Cerro de Pasco Corporation, la que concluyó en un positivo estudio de factibilidad técnico-económico, pero la situación política del país de esa época hizo que su explotación se pospusiera indefinidamente. Después Después de un proceso de dos años de exploraciones y tres años de construcción de su complejo minero inició sus operaciones de prueba el 28 de mayo del 2OO1, luego de concretarse la mayor inversión en la historia de la minería peruana. Después de cinco cinco meses de dar inicio a sus operaciones en prueba, Antamina comenzó su producción comercial el 1° de octubre del 2OO1, produciendo concentrados de cobre y zinc, y otros subproductos. CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN


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Proceso mediante el cual una sustancia sólida se derrite por la acción del calor. Este material se deja solidificar dentro de un molde obteniéndose piezas de diversas formas y dimensiones. Proceso muy antiguo y considerado arte en muchas de sus etapas. Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o presión para formar la parte). La extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado (es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos rodillos opuestos). Fundición: Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas comúnmente metálicas pero también de plástico, de plástico, consistente consistente en fundir en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica. El proceso tradicional es la fundición en arena, en arena, por por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, con arcilla, adquiere cohesión y maleabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.


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CAPITULO II: FUNDAMENTOS 2.1. INTRODUCCIÓN La fundición es un método para dar forma a los metales y convertirlos en productos útiles mediante el vaciado de metal fundido en la cavidad de un molde donde adquiere la forma predeterminada al solidificarse dentro de la misma. Los procesos de fundición son capaces de producir piezas de formas f ormas complejas y gran tamaño. Además, permiten utilizar mayor variedad de materiales en forma competitiva en comparación con otros procesos. 2.2. FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES El proceso de fundición consiste en el vaciado de metal fundido en un molde construido siguiendo la forma de la pieza a manufacturarse y la posterior extracción una vez que el mismo solidifica. soli difica. Los factores involucrados de mayor interés son el flujo del metal fundido en la cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal en el molde y la influencia del tipo de material del molde. 2.2.1. Solidificación de los metales Los eventos eventos que se se producen producen durante la la solidificación y posterior enfriamiento determinan las propiedades propiedades generales de la fundición a través de las propiedades térmicas tanto del metal como del molde, la relación geométrica entre el volumen y área superficial superficial y la forma del molde 2.2.1.1.. Metales puros 2.2.1.1 La solidificación de un metal puro (figura 1) se produce a una temperatura constante definida mientras el calor latente de fusión se disipa. El frente de solidificación se mueve a través del metal fundido a partir de las Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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paredes del molde (mayor gradiente de temperatura) hacia el centro. La rapidez de enfriamiento produce una cáscara de granos finos equidimensionados los cuales crecen en dirección opuesta a la de transferencia de calor

Figura 1: Solidificación de metales 2.2.1.2. Aleaciones La solidificación de aleaciones se produce entre las temperaturas de líquidos y sólidos presentando un estado blando (presencia de fase líquida y sólida) con dendritas columnares las cuales contribuyen a factores negativos como variaciones en la composición, segregación y microporosidad. El tipo de estructura de solidificación depende de la composición del eutéctico (simetría del diagrama de fases). Las estructuras desarrolladas y el tamaño de grano resultante influencias las propiedades de la fundición. Conforme se reduce el tamaño del grano se incrementan la resistencia y la ductilidad de la aleación fundida, se reduce la microporosidad y disminuye la tendencia al desgarramiento en caliente durante la solidificación 2.2.1.3. Estructura La composición de las dentritas y del metal líquido está dada por el diagrama de fase de la aleación particular. Con enfriamiento lento cada


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dentrita desarrolla una composición uniforme, mientras que a velocidades mayores se forman dentritas nucleadas (superficie con concentración más alta de elementos de aleación que el núcleo de la dentrita por micro segregación). Los brazos dendríticos no son particularmente fuertes y en las primeras etapas de la solidificación se pueden romper por agitación o por vibración mecánica dando como resultado un tamaño de grano más f ino (figura 2), granos no dendríticos equiaxiales distribuidos más uniformemente en toda la fundición

Figura 2: Tipo de estructura; 2.2.2. Flujo del fluido El metal fundido es vaciado a través t ravés de un de- pósito para fluir f luir por el sistema de alimentación hacia la cavidad del molde. Los canales de alimentación son los canales del molde que conectan el bebedero con los ataques, mientras que las mazarotas actúan como depósitos para suministrar el metal fundido f undido para evitar la contracción durante la solidificación. Además tienen la función de atrapar contaminantes (óxidos y otras inclusiones). El diseño de canales de alimentación se basa en los principios básicos de mecánica de los fluidos tales como el teorema de Bernoulli (pérdidas), la ley de continuidad de la masa y la presencia de turbulencia (problemas con aire atrapado).

2.2.3. Fluidez del metal fundido fundido La fluidez es la capacidad del metal fundido de llenar las cavidades del molde y depende de las características del metal fundido (viscosidad, tensión superficial, inclusiones, patrón de solidificación de la aleación) y los Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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parámetros del vaciado (diseño, material y superficie del molde, grado de súper calentamiento, velocidad de vaciado, transferencia de calor). 2.2.4. Transferencia de calor La transferencia de calor es de suma importancia durante el ciclo completo desde el vaciado hasta la solidificación y el enfriamiento hasta la temperatura ambiente y depende de factores relacionados con el material de fundición y los parámetros del molde y del proceso. 2.2.4.1. Tiempo De Solidificación El tiempo de solidificación es función del volumen de la fundición y de su área superficial según la regla de Chvorinov. 2.2.4.2. Contracción La contracción es producida por las características de dilatación térmica durante la solidificación y enfriamiento (mayor contracción) produciendo cambios dimensionales y agrietamiento. 2.2.5. DEFECTOS En las fundiciones se pueden generar varios defectos. Estos se identifican según el Internacional Commite of Foundry como: Proyecciones metálicas; B- Cavidades;  Discontinuidades;  Superficie defectuosa; E- Fundición incompleta;  F- Dimensiones o formas incorrectas;  G- Inclusiones. 

2.2.5.1. Porosidad La porosidad puede ser causada por contracción y/o presencia de gases perjudicando la ductilidad y su acabado superficial (más permeable). La porosidad causada por contracción puede reducirse con el uso de enfriadores metálicos internos o externos, aumentando el gradiente de temperaturas. En el caso de gases, éstos pueden ser sacados del metal fundido mediante lavados con un gas inerte o fundiendo y vaciando en vacío.


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CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE 3.1. INTRODUCCIÓN En el presente capítulo se tratará los procedimientos de fundición en los cuales el colado se utiliza moldes permanentes. En los procedimientos que utilizan el colado en molde permanente se hablará de las características principales de cada uno de ellos. 3.2. FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE La fundición en molde permanente es uno de los procedimientos para obtener piezas fundidas de elevada precisión y calidad de la superficie. Entre los procesos que se pueden citar para colado en molde permanente son los siguientes: Fundición en  Fundición

coquilla Fundición en matrices.  Fundición  Fundición hueca. Fundición a baja presión.  Fundición  Fundición con molde permanente al vació. Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica  Fundición centrífuga.

3.2.1. FUNDICIÓN EN COQUILLA Las coquillas son moldes metálicos permanentes (normalmente de acero o fundición gris) que, al contrario que el método de moldeo con arena, permite obtener un número muy elevado de piezas iguales utilizando el mismo molde. Las coquillas son mucho más caras que los moldes de arena, pero resulta rentable si se fabrican fabr ican con ellas un número elevado de piezas (hasta miles). Presenta otra ventaja, al ser el molde metálico, la velocidad a la que se enfría la pieza es mayor., además, la precisión de la piezas obtenidas es mayor El proceso de fabricación por coquilla es el siguiente :    

Se precalienta la coquilla, que normalmente consta de dos partes. Se vierte el metal y se llena la cavidad. Se deja enfriar el contenido hasta que se solidifique. solidifique. Se abre el molde y se extrae la pieza.

Este proceso utiliza molde permanente o coquilla, en el cual se utilizan diferentes procedimientos para el colado en coquilla y son los siguientes: • Moldeo por inversión • Moldeo por cothias • Moldeo en coquilla por gravedad 3.2.1.1. Moldeo por inversión Este procedimiento tiene como característica en llenar al molde metálico de cinc puro que se invierte en un tiempo corto en el horno. El metal forma una película muy delgada la cual queda adherida en las paredes del molde, con este procedimiento se puede obtener, sin la util ización de Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente

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Fundición en Model Permanente

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