INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE COATZACOALCOS
TEMA: “PROCESOS DE FUNDICIÓN DE METALES”
2.6. Fundición centrífuga
MATERIA: - PROCESOS DE MANUFACTURA -
ASESOR:
ING. IN G. VEGA RODRIGUEZ RODRIGUEZ J ES ESUS US GERARDO GERA RDO
P R E S E N T A:
Zúñiga Rosas Sara Esther Villalobos Hernández Erick Octavio Ignacio Salomón Jesús Manuel
COATZACOALCOS., VERACRUZ. MARZO DEL 2013
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CONTENIDO.
Índice de figuras………………………………………..………..……………….. 3 Introducción………………………………………………………………………... 4 (Introducción)
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Fundamento teórico……………………………………………………….……… Antecedentes históricos……………………………………………………….... 2.6 fundición centrifuga……………………………………………………… 2.6.1 fundición centrifuga real………………………………………..……..
Características del proceso……………………………………………….
2.6.2 fundición semicentrifuga………………………………….………….. 2.6.3 centrifugado……………………………………….…………….......... Materiales típicamente usados…………………………………………………. Aplicaciones típicas……………………………………………………………… Ventajas y desventajas…………………………………………………………..
(Conclusiones)
5 6 7 9 13 14 16 17 17 17
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Conclusión….………………………………………………………………………
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Preguntas…………………………………………………………………………… Bibliografía………...………………………………………………………… .…… Vocabulario…………………………………………………………………………
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INDICE DE FIGURAS. Figura 2.6 Horno Centrifugo para metal……………………………………………
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Figura 2.6.1 Maquina de fundición centrifuga para acero………………………
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Figura 2.6.2 Método de centrifugación real……………………………………….
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Figura 2.6.3 Moldeo Semicentrifugo, en montón, de rueda de ferrocarril…….
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Figura 2.6.4 Fundición semicentrifuga………………………………………………
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Figura 2.6.5 Vaciado centr ifugo…………………………………………………….
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INTRODUCCIÓN. En el tema
2.6 fundición centrifuga podremos apreciar el estudio e
investigación de conceptos,
aplicaciones típicas clasificaciones imágenes y
ejemplos así como cuáles son los materiales utilizados cuáles son sus ventajas y desventajas en la utilización de dicho proceso mostrado
el porqué de
su
utilización puede ser de grandes beneficios en trabajos de ingeniería mecánica entre otras, facilitando y acelerando producciones.
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Fundamento Teórico Las exigencias de poder crear un cilindro hueco sin discontinuidades, con alta densidad, y sin Inclusiones metálicas o no metálicas en el metal fundido; Se necesita una aplicación que genere un entorno de filtrado, limpieza, y unión en la fundición, por lo que debido a las necesidades expuestas, el diseño se desarrollara a partir del concepto de centrifugación, es decir la aceleración que adquieren los cuerpos por causa del efecto “Fuerza centrífuga".
La fuerza centrífuga no es una fuerza propiamente como tal, sino que es producida por la inercia de los cuerpos al moverse en torno a un eje, pues estos tienden a seguir una trayectoria tangencial a la curva que describen. Esta “Fuerza”
aumenta con el radio de giro y con la masa del cuerpo, siendo la ecuación que la relacione: F = kmr Eq.1
Donde la constante k es igual al cuadrado de la velocidad angular es decir, F = mru 2 Eq. 2 Donde “u” es la velocidad tangencial de rotación. Luego, como F = m * a, la
aceleración centrífuga debe ser igual a F / m, o sea, a = r * u2. Como la velocidad angular es igual a la velocidad tangencial “v” partida en el radio, podemos escribir
Cuando se desea hacer un buje se recomienda hacerlo en un centrífugo horizontal. Sin embargo, si la pieza es relativamente corta en longitud, con respecto al diámetro interior, se puede hacer en un centrífugo vertical. Una manera práctica, para determinar la dirección de la fundición es cuando la longitud es más de dos veces el diámetro interno lo que será muy conveniente hacerlo en un centrífugo horizontal. Por tanto la fundición se realizara de esta manera. 5
Antecedentes Históricos Ya al principio del siglo XIX centrífuga para
fundir
Eckhardt (patente en
los el
nació la idea de emplear la fuerza
objetos
de
año 1809),
pero
metal; la
perteneció insuficiencia
a
Antonio
técnica
de
las máquinas frenaba su aplicación práctica por la imposibilidad de conseguir el número necesario de revoluciones que dieran la fuerza centrífuga necesaria. En el año 1848 fue otorgada la primera patente en los Estados Unidos a T.G. Lovegrove, de Baltimore. Poco después de progresar la técnica Fernando Arens, en colaboración con Sensaud de De Lavaud, en Brasil, lograron por fin, en 1914, aplicar la fuerza centrífuga en la fundición de metales a escala industrial. Desde el año 1915 se fabrican en Argentina, en los talleres Tamet, tubos centrifugados con una máquina de tipo Arens y De Lavaud. En 1867 Joseph Monier puso en circulación los tubos de hormigón armado. En 1913 los italianos Diego Matteo y Adolfo Mazza ofrecieron otra variedad de tubos de cemento. Últimamente, la técnica de la construcción se enriqueció con muestras de vidrio termo aislante como material básico en la fabricación. Bloques de vidrio huecos, placas de revestimiento y paneles decorativos hicieron su aparición. En 1941 N. P. Waganoff fabricó tubos de vidrio por el método de centrifugación, que, por la sencillez de la fabricación y por el bajo coste de la misma, supuso una revolución en los métodos de fundición. En la actualidad este tipo de fundición está muy desarrollada y extendida, pudiéndose encontrar una gran variedad de productos realizados con este método.
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2.6 Fundición centrifugada El
proceso
de fundición
centrifugada o centrífuga, consiste en depositar
una
capa
de fundición líquida
en
un molde de revolución girando gran velocidad y
a
solidificar
rápidamente el metal mediante un enfriamiento continuo del molde o coquilla. Las aplicaciones de este tipo de fundición son muy variadas, yendo desde la fabricación de telescopios o partes de joyería hasta las tuberías, este
Figura 2.6 Horno Centrífugo para metal
procedimiento frecuentemente utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y demás objetos simétricos. La fundición centrifuga es el proceso de hacer el molde mientras solidifica el metal, utilizando así la fuerza centrífuga para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de formas simétricas se prestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas. Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otros métodos. Los corazones en forma cilíndrica y rebosaderos o mazarotas se eliminan. Las piezas tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van de la parte posterior al centro de la pieza pero que frecuentemente se maquinan. Por razón de la presión extrema del metal sobre metal, se pueden lograr piezas de secciones delgadas tan bien como en la fundición estática. 7
Los moldes permanentes de han usado frecuentemente en la fundición centrifuga de magnesio. Desde entonces las piezas de fundición de magnesio son forzadas nuevamente al molde, las piezas se enfrían más rápidamente y el aire o gas atrapados se eliminan entre el molde y el material. Esto es considerablemente difícil en muchos casos en los cuales los moldes son usados a causa de la expansión debida al calentamiento del molde y a la contracción de la pieza fundida debido al enfriamiento.
Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de las piezas fundidas, se puede hacer desde anillos de pistón de pocos gramos de peso y rodillos para papel que pasen arriba de 40 toneladas blocks de máquinas de aluminio, piezas de fundición de hierro para barcos se hacen utilizando fundición centrifuga. Si el metal puede ser fundido, se puede vaciar en el método centrífugo, pero en el caso de pocas aleaciones, los elementos más pesados tienen la tendencia a separarse del metal base. Esta separación es conocida como segregación gravitacional.
Los métodos de fundición centrifuga se pueden clasificar como sigue 1. Fundición centrifuga real 2. Fundición semicentrifuga 3. Centrifugado
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2.6.1 Fundición Centrifuga Real Fundición centrifugación real se utiliza para fabricar tubos, camisas y objetos simétricos que se vacíen haciendo girar el molde alrededor de sus ejes, ya sea el horizontal y el vertical. El metal se mantiene contra las paredes del molde mediante la fuerza centrífuga, y no se hace necesario un corazón para formar la cavidad cilíndrica en el interior. Existen dos tipos de moldes de ejes horizontales usados para la producción de tubos de hierro fundido. Los moldes metálicos de gran espesor tienen una capa de refractario que permite que el metal líquido empiece a solidificar rápidamente y para que la solidificación del molde proceda de las paredes del molde hacia el interior del tubo fundido. De esta manera la solidificación sucede en una forma adecuada que asegura solides de la pieza con impurezas en la pared interna. El molde se enrolla rápidamente al mismo tiempo que el metal liquido se introduce en la acción de enrollado no se para hasta que la solidificación se a completa. El espesor de la pared producida para el tubo está controlado por la cantidad de metal vaciado en el molde. Otro tipo de fundición centrifuga horizontal usa un espesor de arena altamente aislante entre la entre-cara del molde y la pieza. Como la arena es una espuma que está alineada en el molde. Cuando el metal se introduce, el natural aislamiento de la arena previene la solidificación direccional y entonces el metal solidifica de la pared hacia la cara interior del tubo al mismo tiempo. Esto puede causar un esponjamiento a la mitad de la sección de menor densidad que tiene inclusiones atrapadas.
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Otro ejemplo de fundición centrifuga real se muestra en la figura 2.6.1 la cual ilustra dos métodos usados para vaciar los cilindros de un motor radial. El método de colado horizontal es similar al proceso seguido en la fundición de tubos largos, y el diámetro interior debe ser un verdadero cilindro que requiere el mínimo de maquinado. En el colado vertical la cavidad interior toma la parte de un paraboloide como se ilustra en la figura. El declive de los lados del paraboloide depende de la velocidad de la rotación.
Figura 2.6.1 Maquina de fundición centrifuga para acero o para tubos fundidos de hierro
Figura 2.6.2 Método de centrifugación real, para cilindros de motor radial.
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Para que el proceso trabaje satisfactoriamente se calcula la velocidad de rotación del molde en la fundición centrifuga horizontal . La fuerza centrífuga está definida por la ecuación:
Donde GF también se puede escribir como:
Donde N se escribe como:
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Si el factor-G es demasiado bajo en la fundición centrífuga, el metal líquido no quedará pegado a la pared del molde durante la mitad superior de la ruta circular sino que “lloverá” dentro de la cavidad. Ocurren deslizamientos entre el
metal fundido y la pared del molde, lo cual significa que la velocidad rotacional del metal es menor que la del molde. Empíricamente, los valores de GF = 60 a 80 son apropiados para la fundición centrífuga horizontal, aunque esto depende hasta cierto punto del metal que se funde.
En la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa en el metal líquido causa que la pared de la fundición sea más gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundición tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte superior y del fondo se relaciona con la velocidad de rotación como sigue:
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Características del proceso
Se caracterizan por su alta densidad, especialmente en las regiones externas de la pieza, donde F es más grande.
La alta velocidad genera fuerzas centrífugas que impulsan al metal a tomar la forma de la cavidad del molde.
La forma exterior de la fundición puede ser redonda, octagonal, hexagonal o cualquier otra.
La forma interior de la fundición es perfectamente redonda debido a la simetría radial de las fuerzas en juego.
La orientación del eje de rotación del molde puede ser horizontal o vertical (la más común).
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2.6.2 Fundición Semicentrifuga En fundición semicentrifuga, el molde se llena completamente y se enrolla alrededor del eje vertical y se emplean robosadores y corazones. El centro de la pieza fundida generalmente es sólido, siendo menor la presión allí, la estructura formada no es muy densa y las inclusiones y aire atrapado que se obtienen están presentes. Este método es normalmente usado para partes en las cuales el centro de la pieza puede ser maquinado. El montón de moldes que se muestra en la Fig. 2.6.3, puede producir cinco ruedas de ferrocarril fundidas semicentrifugamente. El número de piezas hechas en un molde, depende del tamaño de la pieza fundida y de lo conveniente de su manejo, así como el acomodo de los moldes. La velocidad de rotación para esta forma de colados no es tan grande como para el proceso de centrifugado real. El proceso produce una estructura densa de la circunferencia exterior, en tanto que el metal del centro se elimina por maquinado.
Figura 2.6.3 Moldeo Semicentrifugo, en montón, de ruedas de ferrocarril
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Figura 2.6.4 Fundición Semicentrifuga
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2.6.3 Centrifugado En el método centrifugado, se colocan varias cavidades de colados en torno a la porción exterior de un molde y el metal se suministra a las cavidades por medio de alimentadores radiales desde el centro. Se pueden utilizar moldes simples o arreglados en montón. Las cavidades de los moldes se llenan a presión ocasionada por la fuerza centrífuga del metal a medida que el molde gira. En la Fig. 2.6.5 se muestran cinco piezas fundidas por este proceso. Las cavidades internas de estas piezas son de contorno irregular y se forman mediante corazones de arena seca. El método centrífugo no está limitado para objetos simétricos, se pueden producir piezas de forma irregular, tales como tapas de cojinetes o pequeñas abrazaderas. La profesión dental usa este proceso para incrustaciones de piezas de oro.
Figura 2.6.5 vaciado centrifugo con cavidades i nternas con formas irregular
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Materiales típicamente Utilizados
Aceros
Aleaciones de níquel
Cobre
Aluminio
Aplicaciones típicas
Ruedas de trenes.
Joyería.
Tubería de alta presión sin costura.
Ventajas
Uniformidad en las propiedades del metal.
Se logran dimensiones requeridas en el exterior de la fundición.
Menos uso de material.
Menores tasas de desecho.
No hay necesidad de montaje.
Desventajas
Se necesita de equipo extra para lograr la rotación del molde.
La parte interna de las piezas, contiene impurezas.
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CONCLUCIÓN. La fundición centrifugada o centrífuga,
es un proceso que consiste en
depositar una capa de fundición líquida en un molde de revolución girando a gran velocidad y solidificar rápidamente el metal mediante un enfriamiento continuo del molde aquí conocimos que sus aplicaciones son variadas desde una rueda de tres hasta joyería
también conocimos sus ventajas y desventajas
haciendo denotar el gran ahorro de material ciertamente es un proceso bastante factible para trabajos en industrias
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PREGUNTAS 1. ¿Cómo es producida la fundición centrifuga?
Por la inercia de los cuerpos al moverse en torno a un eje, pues estos tienden a seguir una trayectoria tangencial a la curva que describen. 2. ¿Cuáles son las dos ecuaciones de la fuerza causada por la fundición centrifuga? F = kmr Eq.1
F = mru 2 Eq. 2
3. ¿Cómo es recomendable hacer un buje?
En un centrífugo horizontal . 4. Menciona una manera práctica para determinar la dirección de la fundición.
Cuando la longitud es más de dos veces el diámetro interno. 5. ¿a principios de que siglo nació la idea de emplear la fuerza centrífuga?
Del siglo XIX. 6. ¿A quien perteneció la idea de la fuerza centrífuga?
Antonio Eckhardt.
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7. ¿En qué consiste el proceso de fundición centrifuga?
En
depositar
una
capa
un molde de revolución girando
a
de fundición líquida gran velocidad y
en
solidificar
rápidamente el metal mediante un enfriamiento continuo del molde o coquilla. 8. Menciona algunas aplicaciones de este proceso.
La fabricación de telescopios o partes de joyería hasta las tuberías, este procedimiento frecuentemente utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y demás objetos simétricos. 9. ¿Qué piezas se elaboran particularmente con el proceso se centrifugación?
Piezas de formas simétricas. 10. ¿en dónde se han usado frecuentemente los moldes permanentes?
En la fundición centrifuga de magnesio. 11. ¿Qué limitaciones tiene la fundición centrifuga?
En el tamaño y la forma de las piezas fundidas . 12. ¿Qué es la segregación gravitacional?
Cuando los elementos más pesados, de algunas aleaciones, tienen la tendencia a separarse del metal base.
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13. ¿Cómo se pueden clasificar los métodos de fundición centrifuga?
Fundición centrifuga real
Fundición semicentrifuga
Centrifugado
14. ¿Para qué es utilizada la fundición centrifuga real?
Para fabricar tubos, camisas y objetos simétricos que se vacíen haciendo girar el molde alrededor de sus ejes, ya sea el horizontal y el vertical. 15. ¿Cómo funciona la fundición centrifuga real?
El metal se mantiene contra las paredes del molde mediante la fuerza centrífuga, y no se hace necesario un corazón para formar la cavidad cilíndrica en el interior. 16. Menciona un tipo de fundición centrifuga horizontal.
Otro tipo de fundición centrifuga horizontal usa un espesor de arena altamente aislante entre la entre-cara del molde y la pieza. 17. Escribe la ecuación de la fuerza centrífuga de la fundición centrifuga horizontal.
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18. Escribe brevemente que es el centrifugado.
En el método centrifugado, se colocan varias cavidades de colados en torno a la porción exterior de un molde y el metal se suministra a las cavidades por medio de alimentadores radiales desde el centro. 19. ¿Cuáles son las aplicaciones típicas del centrifugado?
Ruedas de trenes.
Joyería.
Tubería de alta presión sin costura.
20. Menciona algunos materiales utilizados en el centrifugado.
Aceros
Aleaciones de níquel
Cobre
Aluminio
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BIBLIOGRAFIA. Libros
Diseño en Ingeniería Mecánica J. Shigley-Ch.Mischke McGraw-Hill.
Centrífugal Casting Sociedad Fundación Americana de Fundidores
Proceso de manufactura B.H. Amstead Editorial Patria
Websites
http://es.wikipedia.org/wiki/Fundici%C3%B3n_centrifugada
http://www.comosehace.cl/procesos/JavierRebolledo/fundicion_centrif uga.htm
http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_V.html
http://es.scribd.com/doc/45440051/FUNDICION-CENTRIFUGA
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VOCABULARIO. Concéntricos: Los objetos concéntricos comparten el mismo centro, eje u origen. Los círculos, tubos, ejes cilíndricos, discos y esferas pueden ser concéntricos entre sí. Observe que dos objetos pueden tener radios iguales y ser concéntricos y diferentes.
Coquilla: Coquilla es un molde metálico que se utiliza para obtener un gran número de piezas idénticas. Tiene dos partes: el cuerpo del molde que reproduce la pieza y los machos o núcleos, que nos permiten obtener las cavidades o entrantes de las piezas. El cuerpo siempre es metálico y los machos pueden serlo o no.
Corazones: Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo.
Mazarota: es como se conoce en fundición y metalurgia a los depósitos de metal fundido que se colocan en los sitios del molde (rebosando por encima) que son críticos (es decir, que tienden a generar rechupes) y aportan material para evitarlos.
Nitruración: es un tratamiento termoquímico que se le da al acero. El proceso modifica su composición añadiendo nitrógeno mientras es calentado. El resultado es un incremento de la dureza superficial de las piezas. También aumenta la resistencia a la corrosión y a la fatiga. Una variante de este tratamiento, es el proceso tenifer.
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Segregación gravitacional: Este mecanismo es característico de los yacimientos que presentan un alto buzamiento, por lo que posee una alta permeabilidad vertical, permitiendo así una fácil migración del gas hacia el tope. Esto permite que el flujo en contracorriente mediante el cual el gas migra hacia la parte alta de la estructura y el petróleo hacia la parte baja, por razones de diferencia de densidad, esto en respuesta de que las fuerzas gravitacionales actuantes son mayores que las fuerzas viscosas presentes.
Temple: Se conoce como tratamiento térmico el proceso que comprende el calentamiento de los metales o las aleaciones en estado sólido a temperaturas definidas, manteniéndolas a esa temperatura por suficiente tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la elasticidad.
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