Guia de practicas de fundicion EPN

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE FUNDICIÓN

GUÌA DE PRÁCTICAS

ABRIL 2015 – SEPTIEMBRE 2015


INDICACIONES GENERALES - Es obligatorio para los estudiantes tener guantes de cuero y overol o mandil (Jean) además del calzado adecuado para realizar las prácticas de laboratorio, caso contrario NO PODRÁN realizar dicha práctica. - Los informes se los presentará después de 15 días de realizada la práctica. - Todos los informes deben tener una carátula con la información determinada en el formato expuesto. - El primer informe se lo presentará en una carpeta plástica de un color determinado para cada grupo. - Los Objetivos de los informes son Propios de cada alumno y en ningún caso se copiaran los objetivos del folleto.


ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL (Times New Roman 20)

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA (Times New Roman 16)

LABORATORIO DE FUNDICIÓN (Times New Roman 16)

Práctica No. (Times New Roman 14)

Tema: Grupo:

(Times New Roman 14)


Nombre:


Fecha de realización:

Fecha de entrega:

Calificación:




LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ (FORMATO DE CARATULA PARA INFORMES)

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE FUNDICIÓN

COLOQUIO Nº __ NOMBRE: ________________________________________ GRUPO: ________________ FECHA: ________________ NOTA: _______


ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE FUNDICIÓN (Imágenes)


ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ LABORATORIO DE FUNDICIÓN (Informe)


PRÁCTICA No. 01 1 RECONOCIMIENTO DEL LABORATORIO. 1.1

OBJETIVOS: -

Conocer el Laboratorio de Fundición, las diversas secciones que lo componen, los principales equipos y materiales empleados en las distintas operaciones realizadas para la obtención de piezas mediante proceso de fundición.

-

Identificar los diferentes tipos de hornos existentes en el laboratorio, conocer sus capacidades, estructura y temperaturas máximas de Trabajo.

1.2

DESARROLLO TEÓRICO DE LA PRÁCTICA:

El trabajo de los metales, por los hombres de la prehistoria, respondía a necesidades primarias como: alimentarse, defenderse contra ambientes hostiles diversos. El descubrimiento de los metales (oro, plata, cobre) y la posibilidad de adaptarlos y fundirlos, permiten al final de la Edad de Piedra (2500 a.C.), el nacimiento de la metalurgia. En la actualidad, donde se realice el proceso de fundición debe contar con las siguientes secciones: 

Sección hornos.



Sección modelos y modelaje.



Sección análisis de arena.

1.2.1 Sección Hornos: En general los hornos debido a su forma de calentamiento se clasifican en: 

De Combustible: 

Hornos que funcionan con combustible líquido.



Hornos que funcionan con combustible sólido.



Hornos que funcionan con gas.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 

Hornos eléctricos. 

Inducción.



De Arco.



De Resistencia

La principal ventaja de los hornos de combustible sólido, líquido o gas frente a los hornos eléctricos es que son más económicos y de fácil operación. Los hornos encuentran amplia aplicación en la fundición de acero por la posibilidad de realizar diversas aleaciones, además permiten obtener coladas (metal líquido) más limpias, libres de los gases producidos por la combustión. La mayoría de los hornos se caracterizan por el uso del crisol que es donde se carga el material a fundir. Los hornos que usan crisol son recomendables cuando conviene que el metal no se ponga en contacto con los gases generados por la combustión. La estructura básica de todo horno de combustible para la fusión de metales de adentro hacia fuera es: a. Cámara de combustión, b. Ladrillo refractario,

b

c. Material aislante d. Chapa metálica.

c a

d

F ig. 1.1 “Estructura básica de un horno”

La estructura de un horno de Inducción es la siguiente: 1. Crisol Refractario. 2. Protección Refractaria. 3. Aislamiento Térmico. 4. Bobina Inductora. 5. Piquera de Colada.

F ig. 1.2 “Estructura de un horno de inducción”

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Los aislantes son materiales que tienen una conductividad térmica mucho más baja que los ladrillos compactos. Los ladrillos refractarios tienen una baja conductividad térmica y no se produce combustión al contacto con la llama.

1.2.2 Hornos existentes en el laboratorio de fundición En el laboratorio de fundición existen los hornos enlistados en la tabla 1.1. En la que se señalan características de los mismos.

N°

Nombre horno

Tipo de Combusti ble

Combustible

Cap. (Kg de Cobre)

Temp. máxima (°C)

1

A Gas

Gaseoso

GLP

18

1100

2

Basculante

Liquido

Diesel (Fuel oíl 2)

60

1300

3

Fijo

Liquido

Diesel (Fuel oíl 2)

60

1500 1450

1700

4

Cubilote

Sólido

Coque

150 - 200 (Kg/h)

5

Inducción de alta frecuencia

Energía eléctrica

Electricidad

100

Observación 1. Funde Al 2. Crisol móvil 3. Gas sumergido en agua 1. Funde Al 2. Crisol fijo 3. Gira sobre un eje. 1. Funde Cu. 2. Crisol móvil 1. Para fundición gris. 2. Aire precalentado. 1. Funde metales con temperatura de fusión < 1650 °C 2. Crisol fijo y basculante. 3. Utiliza un sistema de refrigeración para las bobinas.

Tabla 1.1. Hornos pertenecientes al laboratorio de fundición de la EPN.

1.2.3 Sección Modelos y modelaje: Se llama "modelo" de una pieza definida, al elemento o conjunto de elementos que permiten su reproducción. La primera de las operaciones de fundición por el método de molde perdido es, la obtención del modelo de la pieza, y en su caso, si ésta lo exige, de las cajas de machos. Esta operación se denomina modelaje. El modelaje es el conjunto de procedimientos y de medios empleados para la realización de los modelos y cajas de machos. El taller en el que se fabrican los modelos se denomina modelistería, esta fabricación se efectúa en talleres diferentes de los de la Fundición, por obreros modelistas.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 1.2.3.1 Clasificación de los modelos:

Según el aspecto exteri or del modelo:

a) Modelos directos: Son la reproducción exacta de la pieza que se desea obtener. No llevan noyos. b) Modelos con noyos: Reproducen sólo una parte de las formas de la pieza deseada, ya que el complemento de la misma se obtiene mediante cajas de machos. c) Placa Modelo: En modelos de esta clase, la placa modelo determina, no solamente las superficies exteriores del molde, sino también las superficies de las juntas y dispositivos de colada. d) Modelos de terraja o calibre: En este caso, el modelo está constituido por plantillas. No proporciona al moldeador las superficies del molde, sino únicamente el medio para obtenerlas. e) Modelos simplificados, llamados "de costillas": Estos modelos suelen presentar una parte de su superficie al natural. La otra se obtiene por rasquetas, con ayuda de plantillas. Según los materi ales que constituyen el modelo:

a) Modelos de madera: Es el tipo más empleado, pues se adapta bien a la mayoría de problemas de moldeo, pero resulta poco preciso por ser sensible a la humedad. b) Modelos metálicos: Se utilizan: -

De hierro: Modelos pesados, pero precisos y fáciles de pulir.

-

De aluminio: Ligeros, precisos, no se oxidan con la humedad.

-

De bronce: Modelos pesados, precisos, inoxidables, susceptibles de un excelente pulido, pero de elevado costo.

-

Aleaciones de metal blanco o plata alemana: Llamadas corrientemente aleaciones "sin contracción", fáciles de mecanizar, se desmoldan bien y son resistentes.

c) Modelos en yeso:Utilizados para la fabricación de prototipos o para las modificaciones provisionales de los modelos existentes. d) Modelos en cera: Utilizados para moldear prototipos y modelos artísticos (estatuas, campanas, moldeo a la cera perdida).

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 1.2.4 Sección moldeo Se denomina sección de moldeo a la parte del taller en la que se ejecuta el procedimiento de la reproducción de los modelos en base al moldeo. El moldeo consiste en la realización y en su caso el secado de moldes, obtenidos sirviéndose de modelos y arena preparada.

1.2.5 Sección de Análisis de Arenas. La arena utilizada en el proceso de fundición debe cumplir con ciertas propiedades físicas, químicas y mecánicas; dichas propiedades son las que le dan las características necesarias para obtener un excelente agregado de moldeo. En el laboratorio de análisis de arenas se realizan varios ensayos normalizados a la arena de fundición como: 

Ensayo de compresión.



Ensayo de corte.





Ensayo de dureza. Ensayo de permeabilidad.

A más de realizar un análisis granulométrico en el que se determina el índice de finura y distribución de la arena empleada.

1.3 

PREGUNTAS ADICIONALES A CONSULTAR PARA LA DEFENSA: Coeficientes de contracción, puntos de fusión y densidad de metales utilizados en la industria: acero, fundiciones de hierro, bronce, latón, aluminio y plomo.



1.4

Aplicaciones industriales de la producción de hierro fundido en el país.

INFORME:

1.4.1 TEMA: 1.4.2 OBJETIVOS: 1.4.3 TRABAJOS:


Mediante la ayuda de un esquema (vistas o diagrama 3D) indique las parte principales de los hornos del Laboratorio.



Para cada horno, enumerar las características importantes como: temperaturas máximas, capacidades de acuerdo al horno de: Fundición gris, Acero, Cu, Al, Zn, Sn y Pb, combustible utilizado entre otras.

1.4.4 CONCLUSIONES: 1.4.5 RECOMENDACIONES: 1.4.6 BIBLIOGRAFÍA:

PRÁCTICA No. 02 2

ANALISIS DE ARENAS

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 2.1

OBJETIVOS: -

Conocer y determinar las propiedades que debe cumplir la arena de moldeo para un rendimiento eficaz.

-

Determinar el índice de finura de la arena sílice utilizada en el Laboratorio de Fundición.

2.2

DESARROLLO TEÓRICO:

La arena de moldeo está compuesta de sílice e impurezas inevitables, tales como óxido de hierro, cal, álcali, etc.

Base Refractaria.Sílice (Cuarzo). - Es una composición de silicio y oxígeno, SiO 2, y está formada por granos de diferentes tamaños. Representa la parte preponderante de la arena de moldeo. Del tamaño de sus granos depende la distinción de las arenas, entre arenas de granos finos, granos medianos y granos gruesos. La uniformidad de los granos de la arena es de mucha importancia para la permeabilidad de la misma; la arena uniforme resulta siempre porosa, mientras que mezclando arenas de granos gruesos y finos la permeabilidad disminuye, pues los granos finos rellenan los agujeros que dejan entre sí los granos gruesos. La sílice resiste a temperaturas de hasta 1.400 ºC y se funde a unos 1.600° C. El contenido necesario de sílice en la arena de moldeo depende de la característica de la pieza a fundir; cuanto más gruesas las paredes de las piezas, tanto más elevado debe ser el contenido de sílice en la arena. La proporción normal de sílice en las arenas de moldeo, es de un 90 a 94 por ciento.

Arcilla.– Su composición es: Al2O3 4SiO2 n H2O. Está contenida en las arenas naturales y es la sustancia aglutinante, al mojarla obra como material de unión de los granos de sílice. En consecuencia, si la cantidad de arcilla es pequeña en la arena de moldeo, los moldes no tienen una resistencia suficiente y se desmoronan; por otra parte, si la cantidad es demasiado elevada, disminuye la permeabilidad de la arena.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Al humedecerse la arcilla se pone plástica, dando a los granos de arena una elevada fuerza adhesiva. Por otra parte, al perder la arcilla su humedad se pone dura y rígida, desapareciendo completamente su plasticidad. Puesto que las arcillas contenidas en las arenas naturales de moldeo tienen puntos de fusión que oscilan entre 1250 y 1400º C, vale decir, que se funden a temperaturas más bajas que el cuarzo, son en realidad las arcillas las que determinan el grado de refractariedad (resistencia a altas temperaturas) de las arenas de moldeo.

Impurezas.Oxido de hierro. - Se encuentra en todas las arenas y determina el color de las mismas. Es perjudicial en proporciones mayores y aumenta el peligro de que los moldes se vitrifiquen. Si el contenido del sesquióxido de hierro (Fe2O3) sobrepasa el 6 %, debe tratarse la arena con ácido clorhídrico para poder utilizarla. En caso contrario se corre el riesgo de obtener piezas de fundición defectuosas. El contenido máximo de sesquióxido de hierro admitido en la arena es normalmente de el 4 por ciento.

Cal. - Es una composición de oxígeno y de calcio (óxido de calcio CaO). Es también un fundente y es considerado como impureza de las arenas. Una arena de buena calidad no debe contener más del 2,5 % de cal.

Magnesio, álcali, potasa, etc. - Obran como fundentes y reducen, por lo tanto, la propiedad refractaria de la arena. El contenido debe ser lo más reducido posible; el límite máximo para magnesio es de 2,5 %, y para álcali de 0,75 % a 1 por ciento.

2.2.1 Clasificación de la arena según el contenido de arcilla. Según el porcentaje de arcilla en la arena, la plasticidad es menor o mayor. Se puede distinguir entre:

-

Arena magra con un contenido de 4 a 8% de arcilla.

-

Arena semi grasa, con un contenido de 8 a 18 % de arcilla.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ -

Arena grasa (arena de estufa ) con un contenido de más del 18 % de arcilla.

Las arenas con un contenido de menos del 12 % de arcilla, tienen una plasticidad suficiente para el moldeo, siempre que estén húmedas (conteniendo, más o menos, de 6 a 10 % de agua). Sin embargo, al desecarlas pierden su plasticidad y se desmoronan, resultando el molde poco resistente a la presión del metal colado. La permeabilidad gaseosa depende no sólo del tamaño y de la forma de los granos, sino también del porcentaje de la arcilla. Como regla general puede admitirse que, al aumentar la plasticidad, disminuye la permeabilidad. 2.2.1.1 Arena magra.

Posee poca plasticidad y resistencia a raíz del reducido contenido de arcilla. Los moldes preparados con arena magra no han de ser sometidos a un secado, sino que deben quedar húmedos al efectuar la colada, por cuanto la humedad mantiene la arena compacta, a pesar del contenido reducido de alúmina, y proporciona cierta resistencia a aquélla. Estos moldes son los más indicados para fundir piezas pequeñas de poco peso y paredes delgadas. Como se emplean sin secado previo, resultan más baratos que otros moldes que sufren desecación. La composición química de una arena buena ha de ser más o menos la siguiente: 85 por ciento de sílice (SiO2) 10 por ciento de arcilla (Al2O3 4SiO2 n H2O) 2 por ciento de cal (CaO) 1 por ciento de álcali (Na2O, K2O) 2 por ciento de sesquióxido de hierro (Fe2O3)

2.2.1.2 Arena grasa.

La arena grasa está compuesta de sílice y de más del 18 % de arcilla. El alto contenido de arcilla proporciona a esta arena una resistencia elevada, si bien con una permeabilidad gaseosa reducida.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Para mejorar la permeabilidad, los moldes preparados con arena grasa experimentan un secado a una temperatura de unos 400º C. Se llama; por lo tanto, este método de moldeo, moldeo con arena de estufa. Una vez desecados estos moldes, sus paredes son más

porosas por haberse contraído la alúmina, formando huecos entre los granos. Se emplean moldes de arena de estufa para la fundición de piezas pesadas, tratándose en este caso de moldes grandes, los cuales podrían deteriorarse durante la colada: requieren por ello, una resistencia más elevada. Estos moldes son también muy indicados para la fundición de piezas con paredes muy gruesas, porque soportan bien un calor prolongado. Los moldes de arena de estufa se utilizan además para la fundición de piezas que deben tener una exactitud elevada en sus dimensiones. Como las superficies de estos moldes pueden retocarse y alisarse, se consiguen piezas coladas lisas y limpias.

2.2.2 Mezcla de arenas. La arena vieja pierde sus propiedades plásticas y refractarias, así como también su permeabilidad, cuando ha estado en contacto con el metal líquido. El cambio de temperatura que se produce durante la colada hace que sus granos se fragmenten; es por ello que la arena que se ha empleado una vez está más dividida y que sus granos son más pequeños; se dice que está quemada. Esta arena, sola, es inadecuada para el moldeo, por lo que se debe mezclarla con arena nueva. Al efectuar la mezcla en una proporción determinada, la arena vieja no altera en nada las cualidades de la nueva. Por consiguiente, para la confección de los moldes, por razones de economía, casi nunca se emplea sólo arena nueva, sino que se añade a aquélla una cierta cantidad de arena vieja. La arena empleada para el moldeo es, generalmente, una mezcla de arena vieja con un 20-50 % de arena nueva; polvo de hulla; y un 5-12% de agua. El polvo de hulla o negro mineral, a veces se agrega previamente a la arena nueva y tiene por objeto evitar que la arena se adhiera a las piezas, pues forma durante la colada una capa gaseosa. La proporción de humedad que debe tener la arena de moldeo, depende de varios factores, tales como: la naturaleza de las piezas a fundir, las características de las máquinas y

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ equipos de moldeo empleados en el taller, etc. El contenido de humedad tiene influencia sobre varias propiedades de la arena de moldeo (permeabilidad, resistencia) y, como dicho contenido disminuye constantemente durante el trabajo por la acción del metal líquido, debe humedecerse la arena de tiempo en tiempo, a fin de que sus propiedades no se modifiquen. A tal objeto, es importante efectuar en intervalos determinados, ensayos para determinar la humedad contenida en la arena. Vale como regla, que el grado de humedad debe ser el más bajo posible si se utiliza arena verde; de este modo se disminuirá la producción de vapores de agua que srcinarían grietas y otros daños en la pieza colada. La mezcla de arena vieja, arena nueva y de los agregados, se efectúa en los talleres modernos por medio de máquinas adecuadas de gran rendimiento, incluyéndose en esta operación de regeneración, el tamizado, el molido, el amasado y el agregado del agua necesaria. De esta manera se consiguen arenas bien mezcladas, homogéneas y uniformes. En el moldeo se emplean dos clases diferentes de arenas aglomeradas naturalmente: Arena de moldeo, propiamente dicha y arena de relleno.

2.2.3 Arena de Contacto. Es la mezcla de moldeo que se coloca inmediatamente encima del modelo. Se emplea para tal fin, únicamente arena preparada con especial cuidado y de buena calidad. Debe ser de granos finos, para obtener una superficie bien lisa en la pieza fundida. Para tener éxito en el proceso de fundición, se debe disponer entre otros requisitos de un molde limpio, cuidadosamente preparado, utilizando mezclas de moldeo adecuadas. No basta para el procedimiento de fundición recurrir a un metal bien líquido, si el molde ha sido preparado con una arena mal acondicionada que no reúna las propiedades y características indicadas anteriormente. La construcción de maquinarias e implementos de mayor potencia y rendimiento, hace necesario que se estipulen condiciones más rigurosas para la calidad, exactitud y apariencia de los elementos que las componen. Ahora bien, muchos defectos observados en las piezas fundidas deben atribuirse a las condiciones inadecuadas de los moldes y de los noyos.

2.2.4 Arena de relleno

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Es la arena empleada para rellenar las cajas de moldeo; por razones de utilidad se emplea una calidad de arena algo inferior, de granos más gruesos y a veces hasta arena vieja, es decir, arena que ya ha sido usada otras veces.

2.2.5 Mezcla de Moldeo con Aglomerantes y Aglutinantes. Se denominan así a los materiales utilizados para ligar los granos de arena y obtener mejores características de la mezcla para moldeo, los aglomerantes pueden ser orgánicos o inorgánicos, requieren de un proceso químico o termoquímico de fraguado o curado para que realicen su función; los aglutinantes son sustancias arcillosas que para producir su efecto requieren de un cierto porcentaje de agua.

2.2.6 Defectos debidos a una dilatación excesiva de la arena de moldeo. Al penetrar el metal en estado líquido en el molde, las superficies del mismo están expuestas a un calor muy intenso; cuanto mayor es la temperatura de colada del metal, tanto más resistente al calor debe ser la arena de moldeo. Además, la misma debe tener otra cualidad importante: no debe dilatarse demasiado al entrar en contacto con el metal líquido. De lo contrario, capas delgadas de la arena de moldeo efectuarán un pequeño desplazamiento, lo que provocará en la superficie de la pieza fundida una rajadura irregular, con un resalto del metal del lado de dicha rajadura. Para contrarrestar fallas de esta índole, debe tratarse de reducir el coeficiente de dilatación de la arena de moldeo; esto se consigue agregando a la misma, materiales carbonosos, los cuales se destruyen a temperaturas elevadas. Otro resultado similar puede obtenerse aumentando la proporción de la arcilla en la arena de moldeo, ya que con el aumento de temperatura la arcilla se seca y se contrae.

2.2.7 Defectos debidos a una permeabilidad insuficiente de la arena de moldeo. Si la permeabilidad del molde es insuficiente, se forman cavidades en la pieza fundida, debidas a los gases que se desarrollan durante la colada y que no pueden escaparse. Con ello resultan piezas fundidas de calidad inferior y de superficies imperfectas.

2.2.8 Defectos debidos a una resistencia insuficiente al calor de la arena de moldeo.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Si la arena de moldeo tiene una resistencia insuficiente al calor, aparecen en la superficie de la pieza colada partes rugosas y con alguna acumulación de material, defectos debidos a la acción erosiva del metal líquido que penetra en el molde. Cuanto más elevada sea la temperatura del metal, tanto mayores serán los efectos de erosión del mismo. Para eliminar estas fallas debe modificarse la mezcla de la arena de moldeo, agregando a la misma una proporción mayor de arena cuarzosa fina, o un material sintético tal como la bentonita.

2.2.9 CONTROL Y ENSAYO PARA ARENAS DE MOLDEO De estos pocos ejemplos puede deducirse la importancia que reviste el empleo de una arena de moldeo adecuada para el uso específico del taller de fundición. Es imprescindible efectuar a intervalos cortos, ensayos periódicos de las arenas de moldeo en uso. En la actualidad no puede concebirse un taller de fundición sin una instalación, aunque sencilla, de un laboratorio destinado al control y ensayo de arenas de moldeo. Los resultados se verán en poco tiempo con el aumento y la uniformidad de la calidad de las piezas fundidas y la disminución de las coladas inservibles. El control de las arenas tiene dos objetivos principales: primero, establecer las propiedades más favorables de las arenas de moldeo con vistas al uso específico del taller de fundición; luego, proporcionar los elementos que permitan dirigir la práctica de la explotación para mantener en las mezclas de arenas las propiedades físicas antes establecidas. De esta manera se obtendrán mezclas uniformes de arenas de moldeo.

2.2.10 Arenas base. Este elemento es el que da la característica de refractariedad e influye en todas las propiedades de la mezc1a de moldeo. Se encuentra principalmente a las ori1las de los ríos en forma de granos, mezc1ado o no con arcillas e impurezas. Las principales arenas bases son: -

Arena cuarzosa: SiO2 presente en un 70% d= 2.8 gr/cm3.


Tf= 1713 °c. Arena de zirconio: ZrSiO 4(Tf=24000C); Cromita FeO.Cr2O3(Tf=1450-1850ºC); Chamota 3A12O3.SiO2

2.2.11 Propiedades de la arena base. Las siguientes son las propiedades que se deben considerar: -

Refractariedad

-

Composición química

-

Forma, tamaño y distribución del grano.

2.2.11.1 Refractariedad.

La refractariedad es la propiedad de soportar altas temperaturas sin mostrar índice de fusión (reblandecimiento) o de descomposición y sin que cambie sus propiedades. La refractariedad está íntimamente ligada con la composición química, de manera que una arena que contenga un 99,8% de SiO 2 o más es considerada altamente estable y altamente refractaria. La presencia de pequeñas cantidades de óxido de hierro, de aluminio, de calcio o de magnesio, son causa fundamental para bajar la temperatura de fusión de la arena y por lo tanto ser causa de menor refractariedad. De manera tentativa se puede establecer que: SiO2(%) 100 99 90

T.Fusión(ºC) 1750 1650 1350

Tabla 2.1. Refractariedad de la arena base 2.2.11.2 Composición química.

Más que la composición química propiamente dicha lo que mayormente interesa es el contenido de arcilla que se halla presente en la arena natural.

Arena

Clase

Componente Arcilloso

SiO2 No menos de

Óxidos de metales alcalinos

Óxidos de hierro Fe3O3 no menos de

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Concentrada Cuarzosa

Cuarzosa Magra

Con 1K Con 2K Con 3K 1K 2K 3K 4K M

≤ 0.2 ≤ 0.5 ≤ 0.1

98.5 98 97.5

0.4 0.75 1.0

0.2 0.4 0.6

≤2

97 96 94 90 -

1.2 1.5 2.0 -

0.75 1.0 1.5 -

2-10

Semi grasa S 10- 20 Grasa G 20-30 Muy Grasa MG 30-50 Tabla 2.2. Clasificación y Composición de las arenas de moldeo

-

2.2.11.3 Determinación del contenido de arcilla

Se realiza con un levigador "Apiani". Se pesa 20 g de arena secada durante 1 hr a 105°C. Se ponen a hervir durante 30 minutos con agua destilada y se introduce la mezcla en el levigador. Se añade agua destilada hasta alcanzar el nivel indicado (20 cm), se agita durante 5 minutos y se deja en reposo durante 16 min.; por el sifón se descarga hasta el nivel correspondiente. Se llena el levigador con agua nueva y se repite el procedimiento hasta que el agua introducida quede limpia. El residuo arenoso se seca y se pesa. Por diferencia se obtiene la cantidad de arcilla.

Método A.F.S .- Se seca una cantidad determinada de arena durante 30 min .a 105 ºC, luego se pesan 50 gr de arena seca. Los 50 gr se introducen en un vaso normalizado de 1 litro y se lava de acuerdo al procedimiento siguiente: 1. Agregar 475 ml de agua destilada y 25 ml de una solución de sosa cáustica (concentración de 25 gr por litro) 2. Se agita durante 5 min con un agitador mecánico. 3. Se diluye con agua destilada hasta una altura de 15.24cm. 4. Sedimentar durante 10 min. 5. Se sifonea 12.7 cm de agua y se diluye nuevamente hasta los 15.24 cm y se deja sedimentar por 5 minutos. 6. Repetir el proceso por lo menos 4 veces de tal modo que después de esperar 5 minutos el agua esté clara y transparente. .

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 7. Sacar la arena, secar y pesar. Por la diferencia con el peso srcinal se deduce el porcentaje arcilloso de la arena.

2.2.12 Forma, tamaño y distribución del grano. 2.2.12.1 Tamaño de grano de la arena

Este parámetro es sumamente importante ya que las principales propiedades de 1a mezcla de moldeo están influenciadas por el tamaño de grano de la arena. Más aún las propiedades de las piezas moldeadas dependen del tamaño de grano y de la uniformidad en la que los granos de arena están distribuidos, ya que por definición la arena tiene granos de tamaño variable entre 0.05 mm 2 mm. Una clasificación muy conocida es la siguiente: Arena Muy gruesa Gruesa Media Fina Muy Fina

Índice AFS (i) 18 18-35 35-60 60-150 150

Tamaño de granos (m.m) 1-2 0.5-1 0.25-0.5 0.10-0.25 0.05-0.10

Tabla 2.3. Clasificación de los tamaños de Grano 2.2.12.2 Determinación del tamaño de grano

El procedimiento que universalmente es aplicado es el método A.F.S. Muchos países han elaborado sus propias normas pero las diferencias establecidas con respecto al método AFS son insignificantes. El procedimiento establece que se debe tomar el residuo arenoso obtenido en la determinación del contenido de la arcilla de la mezcla de moldeo. Esta cantidad que es pesada se tamiza por 15 minutos en un juego de tamices. Luego se pesa el contenido retenido en cada tamiz y se obtiene los porcentajes respectivos. Estos porcentajes multiplicados por un factor de la valorización de cada tamiz permiten obtener el INDICE DE FINURA AFS de acuerdo a la siguiente fórmula:

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Se puede también trabajar con 50g de arena sin lavar, pero en el informe correspondiente se deberá indicar el particular.

Número 6 12

Apertura (mm) 3.36 1.68

20 30 40 50 70 100 140 200 270 FONDO

0.84 0.59 0.42 0.29 0.210 0.149 0.105 0.074 0.053 -

Factor (

)

3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300

Tabla 2.4. Factores de Valorización para cada tamiz

Ejemplo de aplicación: Muestra Cuenca No. 1

Tamiz Peso 6 0 12 0.14 20 1.00 30 1.35 40 3.00 50 6.35 70 9.10 100 14.20 140 2.82 200 0.97 270 0.1 FONDO 0.015 Total 49.045 AFS = i = 5546/98 = 57.0

Porcentaje 0 0.28 2.00 2.70 6.00 12.7 18.2 28.4 5.64 1.94 0.2 0.03 98.09

Factor (

3 5 10 20 30 40 50 70 100 140 200 300

)

α *%

0 1.4 20 54 180 508 1910 1988 564 271.6 40 9 5546

2.2.12.3 Distribución de los granos

Dado el índice de finura AFS se podría considerar definido todo aspecto referido al tamaño de grano, pero no es así, dos arenas con un mismo índice pueden tener una distribución muy diferente. Esto se debe a que el índice i es únicamente un promedio y como, tal puede aceptar infinitas combinaciones de composiciones de tamaño sin cambiar, los casos extremos son si a un índice medio i coinciden una distribución que

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ tenga tamaños grandes y pequeños con otra que tenga solo tamaños de grano medios; la primera sería una distribución irregular y la segunda regular. Este hecho influiría directamente en las propiedades de la mezcla de moldeo, particularmente en una tan importante como la permeabilidad. De allí que se vuelve indispensable la elaboración de los histogramas que finalmente permitirán visualizar cual será el comportamiento de la arena base. La permeabilidad de una arena es mayor cuanto más concentrada se encuentra la arena en un solo tamiz ya que entonces el tamaño de los granos será el más uniforme. Es por ello que se crea cada regla práctica que dice que “Una arena base es buena para

fundición cuando la sumatoria de los porcentajes retenidos en tres tamices adyacentes es superior al 75%”.

F ig. 2.1. Distribución del grano

2.3

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS: -

Levigador.

-

Equipo Tamizador.

-

Apisonador para Ensayos.

-

Máquina de Ensayos Universales para arena. (Cohesímetro).

-

Permeámetro.

-

Secador. Balanza de Precisión.

-

Arena de moldeo.

-

Agua destilada.

2.4

PREGUNTAS ADICIONALES A CONSULTAR PARA LA DEFENSA: 

Tipos de aglomerantes y aglutinantes y su utilización.


Diferencias entre aglomerantes y aglutinantes.



Propiedades de la arena de moldeo.



Distribución de grano según la AFS.

2.5

INFORME

2.5.1 TEMA: 2.5.2 OBJETIVOS: 2.5.3 ANALISIS DE RESULTADOS: 

Tablas de los datos tomados.



Cálculo del Índice de Finura



Determinación del Tamaño de Grano



Análisis gráfico de distribución de grano (Histograma).



Análisis comparativo de los gráficos de propiedades de la arena.

2.5.4 CONCLUSIONES: 2.5.5 RECOMENDACIONES: 2.5.6 BIBLIOGRAFIA:

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ PRÁCTICA No. 03 3 OBTENCIÓN DE UNA PIEZA POR MEDIO DEL MOLDEO MANUAL 3.1

OBJETIVOS: -

Conocer los pasos necesarios para realizar el proceso de fundición de una pieza en molde perdido.

-

Desarrollar las habilidades básicas que se necesitan para moldear y fundir.

-

Familiarizar al estudiante con los equipos y materiales empleados en el proceso de fundición.

-

3.2

Conocer el funcionamiento y las principales características del horno a gas.


El espacio vacío destinado a recibir el metal líquido, se llama molde. Los materiales utilizados para la fabricación de los moldes son: 

Mezcla de moldeo, sirviendo estos moldes sólo para una vez: se les llama moldes perdidos, y se les destruye una vez efectuada la fundición.



La mezcla de moldeo puede ser reutilizada, siempre que mantenga sus propiedades

Los primeros moldes fueron confeccionados en piedra tallada, según el negativo del objeto que se pretendía fabricar. Los más antiguos datan del comienzo de la fundición y son anteriores al descubrimiento del bronce. Se formaron mediante simples incisiones practicadas en la piedra, por las cuales discurría el cobre colado al aire libre. Las tenazas de forja no existían, por lo que los objetos, cubiertos de rebabas y protuberancias, se pulimentaban en frío. En consecuencia, los moldes de piedra se componían de dos partes susceptibles de recubrirse. Iban provistos de respiraderos y, a menudo, de un bebedero.

F ig. 3.1. Moldes en piedra

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Desde la Edad de Bronce, dos métodos de moldeo estaban en práctica: la fundición sobre molde, y la fundición a la cera perdida. Su difusión puede afirmarse que fue en Asia, África y Europa. En ciertos casos, se empotraba un modelo duro en tierra humedecida, prensada y secada luego para formar un molde. La elección de los materiales empleados para el moldeo tiene mucha importancia para una buena fundición. Si no se utilizan materiales adecuados y de buena calidad, las piezas fundidas que se obtienen resultan deficientes, de un aspecto rugoso o con huecos, rajaduras, etc., defectos provocados por una mezcla imperfecta de las arenas o por su calidad inferior.

3.2.1 Ensayo para determinar la Plasticidad La arena de moldeo o mezcla de moldeo debe ser plástica, es decir fluida, debe permitir una preparación fácil y cómoda del molde. Este requisito puede ser comprobado en forma sencilla de la manera siguiente: Se pone cierta cantidad de material en la palma de la mano, se la comprime y se verifica luego si la bola formada es lo suficientemente compacta, si quedan marcadas las líneas de la mano y si no se impregna el agregado de moldeo en la palma de la mano. De la plasticidad depende que el material de moldeo reproduzca de manera exacta la forma del modelo, fluyendo y aglomerándose alrededor del mismo; además, una vez retirado el modelo, el molde debe conservar dicha forma, manteniendo su cohesión, sin desmoronarse. El grado de plasticidad del agregado de moldeo, se examina por medio de su resistencia en verde, su fluencia y su valor de deformación.

3.2.2 Horno de crisol a gas: La fundición de metales en hornos de crisol es el sistema más antiguo de fusión conocido. En general un horno a gas contiene un recipiente refractario móvil que se llama crisol, este se coloca en el horno calentado a gas. Este horno ofrece la ventaja de que el metal se funde en el crisol y con el mismo puede llevarse, por medio de grapas especiales, hasta el

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ molde, para colarlo; en esta forma se puede colar el metal a alta temperatura, lo que representa una gran ventaja para obtener buena calidad de las piezas fundidas. El crisol tiene por lo general una capacidad reducida, de hasta 100 kg., de modo que se puede aplicar bien para la fundición de pequeñas piezas. Otra ventaja del horno de crisol la representa la limpieza con que puede trabajarse; los gases del combustible pueden separarse completamente del metal tapando el crisol en una forma adecuada y evitando producción de escoria, de modo que las llamas y los gases entren en contacto únicamente con el material refractario del crisol. En la figura 3.2 se representa esquemáticamente un horno a llama de gas. En la parte superior, en donde se quema el gas caliente con el aire, se colocan los crisoles que contienen el metal, tapados casi herméticamente con tapas apropiadas de material refractario. De ahí se retiran los crisoles por medio de pinzas maniobradas mecánicamente.

F ig. 3.2 Pinzas para levantar los crisoles.

3.2.3 MOLDEO A MANO CON MODELO EN CAJAS 3.2.3.1 Cajas de moldeo.

Las cajas de moldeo sirven para dar a la arena moldeada apisonada un sostén adecuado, a fin de que las partes del molde no se desmoronen, y para que puedan ser transportadas sin dificultades. Estas cajas se fabrican de varios materiales. El material más empleado es el hierro fundido, pero se usan también cajas de hierro forjado, acero moldeado, chapas de acero, aluminio y en algunos casos madera. Cada taller de fundición necesita una gran cantidad de cajas de dimensiones y formas distintas, a fin de disponer de la caja adecuada para cada objeto que deba fabricar. Con tal fin, las fundiciones disponen de una cantidad determinada de bastidores o chasis, para

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ poder formar cajas de diferentes tamaños, alturas y formas, en las que se puedan moldear la mayoría de las piezas requeridas. Cuando se trata de una fabricación en serie, se emplean cajas de dimensiones y formas especiales, conforme con las piezas vaciadas (por ejemplo, para moldear columnas o tuberías). Por regla general hay que tratar de ajustar, en lo posible, las cajas a la forma del modelo, con el objeto de reducir el espacio para la arena, con el consiguiente ahorro de mano de obra y de tiempo en el apisonado y en el desecado. Lo más sencillo es el moldeo en cajas de dos partes; sin embargo, en muchas ocasiones hay que recurrir a la acumulación de bastidores en mayor número, especialmente tratándose de modelos de formas complicadas. Si se necesitan varias cajas se las designa así: caja inferior, caja intermediaria, o cajas intermediarias y caja superior. Para su ensamble correcto se utilizan espigas dispuestas en la caja superior, previendo las orejas correspondientes en la caja inferior.

3.3

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS: 

Caja de moldeo de dos partes.



Palas.



Cedazo.



Punzador.



Ganchos.



Conos.



Alisador o espátulas.



Cucharetas.



Regletas.



Atacador plano y cuña.



Martillos.





Fundente y Desgasificante. Modelo.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 3.4 DESCRIPCION DE LA PRÁCTICADE MOLDEO EN DOS CAJAS: 1. Preparar la arena y expandirla. 2. Mezclar el agua con el aglutinante hasta que se tenga un compuesto homogéneo. 3. Colocar la caja hembra sobre una superficie plana. 4. Cubrir el modelo con grafito. 5. Colocar el modelo en el interior de la caja teniendo en cuenta el sistema de alimentación. 6. Colocar la capa de arena de contacto. 7. Apisonar la arena con el atacador de cuña hasta tener una estructura escalonada. 8. Agregar capas de arena preparada hasta desbordar la caja. 9. Apisonar con el atacador plano. 10. Alizar la superficie con la regleta. 11. Dar vuelta a la caja. 12. Limpiar con cuidado la superficie del elemento a fundirse. 13. Colocar una capa de sílice para evitar que la mezcla de moldeo de las cajas entre en contacto y no se pueda extraer el modelo. 14. Colocar la caja superior teniendo en cuenta el sentido y orientación de la caja. 15. Colocar el sistema de alimentación (Bebederos y salidas). 16. Repetir los ítems 6, 7, 8, 9 y 10 en la caja superior. 17. Punzar la parte superior a un tercio de la base . 18. Sacar los bebederos. 19. Alzar la caja superior. 20. Hacer las líneas de alimentación de los bebederos al modelo. 21. Extraer el modelo. 22. Dar acabados al molde. 23. Cerrar las cajas y ubicar la caja en la línea de colado.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 3.5 PREGUNTAS ADICIONALES A CONSULTAR PARA LA DEFENSA:

3.4



Determinación de la oblicuidad de los modelos dependiendo de su altura



Tabla con los colores normalizados de los modelos.



Principales escoreantes, fundentes y desgasificantes del aluminio.



Principales herramientas de moldeo.

INFORME

3.4.1 TEMA: 3.4.2 OBJETIVOS: 3.4.3 DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE COLADA EN EL HORNO A GAS 

Encendido



Cargas, Fusión y sobrecalentamiento. (Cálculo de Cargas)



Cargas de fundentes y desgasificantes.

3.4.4 ANALISIS DE RESULTADOS DE LAS PIEZAS FUNDIDAS: 

Análisis superficial.



Análisis de los defectos de fundición en la pieza y el sistema de alimentación.



Análisis del sistema de alimentación.

3.4.5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: 3.4.6 BIBLIOGRAFIA:


PRÁCTICA No. 04 ELABORACION DE NOYOS. 4.1 -

OBJETIVOS: Determinar la importancia de los noyos, (machos, corazones) en el proceso de fundición; además de conocer el proceso de elaboración de los mismos.

4.2

DESARROLLO TEÓRICO

La palabra noyo designaba en su srcen una pieza de arena inserta en un molde con el fin de crear un vaciamiento. Hoy en día, el término "noyo" tiene un sentido más general, se aplica a toda porción de molde preparada por separado. Conviene diferenciar el noyo y la pieza abatida. Esta última se ejecuta en el molde y se apisona al mismo tiempo que éste. Los noyos deben permitir: 1) Evitar los desmontajes excesivos: noyos de pared. 2) Llevar a la junta una salida que no esté: marcas suplementarias. 3) Definir los interiores: cajas de machos. 4) Mantener piezas metálicas soldadas en el metal colado: topes. 5) Asegurar completamente el moldeo de piezas difíciles: interiores y exteriores. 6) Evitar salidas exageradas susceptible a deformar el aspecto de la pieza obtener. 7) Reforzar modelos que resultaría demasiado delgado y frágil. 8) Facilitar el desmolde de partes delicadas en un modelo grande: inscripciones, por ejemplo. 9) Evitar altibajos demasiado profundos. 10) Evitar la separación de la junta, para simplificar el moldeo. 11) Evitar partes desmontables de difícil desmolde. 12) Evitar una parte media: noyo circular, noyo tapón, noyo de pistón, etc.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 4.2.1 Mezclas de Moldeo para Noyos. En general se eligen arenas aglomeradas para la fabricación de los noyos. Las arenas para machos se clasifican en: a) Arena de moldeo. Esta arena, sílico-arcillosa, fue largo tiempo la única arena utilizada para el noyotaje. Tiene numerosos inconvenientes: - Su débil resistencia mecánica en verde requiere, durante el noyotaje, la colocación de fuertes armaduras coladas en hierro fundido. - Su débil permeabilidad hace necesaria una cuidadosa extracción de aires y el empleo de coque a fin de aligerar y disminuir la cantidad de gases a evacuar. - Su apisonado ha de ser tan cuidadoso como el del molde. - La dificultad de desatacado hallada en la extracción de estos noyos constituye un grave inconveniente. b) Tierra de moldeo. Estos noyos en barro se obtienen generalmente por terrajado en linterna, carcasa o plantillas. Exigen tantas precauciones como el moldeo y presentan, en la extracción, los mismos inconvenientes que los machos ejecutados en arena de moldeo. c) Arenas aglomeradas. El uso cada día más extendido de machos en arena aglomerada es debido a los rápidos progresos del moldeo mecánico. Esta arena es fabricada partiendo de una arena siliciosa de granulometría deseada. Primero se seca y luego se envuelve en un aglomerante o una mezcla de aglomerantes que conferirán al noyo según los casos, resistencia en seco. El aglomerante elegido debe permitir una extracción fácil. Una vez mezclados el aglomerante y la arena base, se frotan en cubas llamadas amasadoras, Esta operación debe efectuarse rápidamente a fin de evitar el calentamiento, de la arena y la oxidación al aire del aglomerante. La mezcla aglomerada para noyos presenta ventajas respecto a mezcla arcillosa: 

Mejor permeabilidad.



Mayor facilidad de apisonado.



Superior resistencia mecánica después del secado.



Las superficies de la pieza obtenida son incomparablemente más nítidas.

El porcentaje de los productos incorporados a la arena silísica es función de la finura de la arena y de los resultados a obtener. La gama de aglomerantes que se hallan en el

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ comercio es muy variada. Al fundidor corresponde, pues, elegir él o los aglomerantes que mejor se adapten al trabajo a ejecutar.

4.2.2 Los aglomerantes Los aglomerantes más eficaces, estudiados y buscados con vistas a evitar los inconvenientes que resultan del empleo de arcilla, han sido clasificados en diferentes categorías: - Aglomerantes solubles en agua. - Aglomerantes oleosos. - Aglomerantes harinosos. - Aglomerantes a base de resina. - Aglomerantes especiales. - Emulsiones.

4.2.3 CLASES DE NOYOS Los noyos pueden clasificarse en dos categorías muy importantes: a) Los formados por materiales que no se descomponen con la temperatura del metal

colado, cual son los noyos metálicos. b) Los que contienen materiales que se descomponen al calor, como los noyos en arena o

en barro. Estos pueden clasificarse a su vez según sean en arena sílico-arcillosa o en arena extrasilícea aglomerada.

4.2.4 Arenas sílico-arcillosas utilizadas para el noyotaje Los machos en arena verde, ejecutados en cajas, deben apisonarse cuidadosamente. En tal caso, el estufaje no interviene cuando son enfriados mediante circulación de agua. Unos dispositivos mecánicos especiales permiten asegurar la mayoría de veces, por medio de piñones y cremalleras, crics, rampas oblicuas, etc., la rápida extracción del noyo de la pieza y, por tanto, evitar la obstaculización de la contracción de la pieza en curso de enfriamiento.

4.2.5 Arenas extrasilíceas aglomeradas utilizadas para el noyotaje.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ En la categoría de arenas extra-silíceas aglomeradas, se encuentran los machos fabricados en arena aglomerada con ayuda de aceites, y resinas, a excepción de las arcillas. La fabricación de estos noyos es más sencilla que la de los de arena de moldeo. Estas arenas tienen un cuerpo en verde prácticamente inexistente (reduciéndose entonces la confección de noyos a un simple llenado de la caja de machos), o bien cuerpo en verde en cuyo caso su apisonado, aunque necesario, no presenta dificultad alguna tanto en razón de la excelente permeabilidad de dichas arenas como de su resistencia mecánica elevada que permite disminuir el número de las armaduras. Estas arenas pueden apisonarse también por soplado en las cajas. Se aumenta, sin embargo, la permeabilidad de los noyos mediante la ejecución de surcos, salidas de aire con aguja o por el empleo de polvo de coque y cuerda de esparto. La elección del aglomerante es muy importante en la fabricación de los noyos. Se deberá elegir en función del noyo a realizar, según el empleo. Si el noyo ha de ser almacenado durante largo tiempo, se adoptarán las precauciones útiles para evitar que el aglomerante no tome humedad.

4.2.6 Noyos metálicos. Se utilizan noyos metálicos, recubiertos generalmente por una capa de lechada que, para el hierro colado está constituida por negro de estufa mezclado con polvo de coque, o bien plombagina diluida en petróleo. Estos noyos, aunque costosos y exigiendo un mecanizado preciso, tienen la ventaja de poder servir gran número de veces y dar un grano compacto al metal en contacto con los mismos. Destinados a resistir alternativas bruscas de calor y frío, se realizarán en acero con elementos especiales, resistentes al calor y a las corrosiones o disoluciones producidas por el metal colado. Se utilizan en gran número de fabricaciones y, particularmente, en el moldeo en coquilla y el moldeo a presión. Para su utilización se tropieza con algunos inconvenientes. Es necesario encontrar una composición de metal susceptible de permitir a estos noyos resistir sin deformación ni fisura la acción de los metales colados en los moldes. Esta dificultad, que aparece en los noyos rodeados de metal y llevados a temperaturas elevadas, se produce sobre todo en los casos de moldeo en coquilla y en la colada a presión. En algunos casos se han podido constatar fenómenos de templado, que se produce en las superficies en contacto con los noyos.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 4.2.7 CAJAS DE MACHOS (NOYOS) 4.2.7.1 Cualidades de una caja de machos

Una caja de machos debe poseer las cualidades comunes a todos los modelos: -

Precisión de las cotas para realizar una reproducción de la pieza adecuada, se

-

debe tener en cuenta la contracción. Facilidad de mantenimiento y de desmolde (salidas, barniz, etc.).

-

Solidez.

Además, debe permitir: -

La introducción de la arena y de las armaduras en el cuerpo del noyo.

-

La extracción del noyo sin deterioros.

-

La aireación del noyo.

-

El apoyo, sin riesgo de deformaciones del noyo antes del cocido.

Una pieza colada debe ser entregada sin arena ni trozos de armaduras en el interior, una pieza cuyo moldeo y noyotaje han sido imperfectamente realizados, puede hacer difícil la extracción de estos desperdicios.

4.2.8 Cajas de madera. La caja de machos debe poseer una precisión y una resistencia iguales a las del modelo. Se debe procurar facilitar el trabajo del fabricante del noyo: apisonado, armado, extracción. Hay que tener en cuenta los puntos de apisonado delicado o poco accesible del noyo y prever desmontajes para la colocación de armaduras. El acabado de la caja es muy importante, sobre todo cuando sean susceptibles de extracción partes delicadas y frágiles. Se emplea a escala el tipo de caja de machos llamada "caja abierta", cuando el noyo está destinado a desmoldearse sin desmontaje. Esta caja de machos es la más simple.


F ig. 4.1 Caja en dos partes

Cuando se presenta una dificultad de noyotaje, se corta por lo general la caja en la junta de desmontaje, pero procurando siempre obtener una extracción perpendicular a la superficie de la junta. Este es el caso de los noyos esféricos. En el caso de cajas ordinarias es preciso, durante la confección del noyo, mantener juntas las dos partes de la caja por un procedimiento cualquiera: prensa, grapas, enchavetado, etc. Entre los principales tipos de cajas de machos se tienen: 4.2.8.1 Las cajas tipo galletas:

Estas cajas se utilizan para la ejecución de noyos de escasa altura. Llevan por lo regular un fondo y paredes con salidas convenientes y de poca altura que permiten una extracción rápida mediante reversión de la caja. Muchas veces no es necesario el percutido. En consecuencia, dichas cajas durarán más tiempo, o podrán ser construidas con madera de calidad inferior si la fabricación es limitada.

F ig. 4.2 Caja tipo galletas: 4.2.8.2 Cajas con guías

Están constituidas por un cierto número de partes desmontables, unidas por guías. En estas cajas, la o las juntas pasan

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 4.2.8.3 Cajas en forma de cajón

Se llaman así a causa de que están constituidas por cuatro lados ensamblados, completos por lo regular con un fondo con guias. Los lados y el fondo van reforzados con ayuda de latas del mismo espesor que las paredes. Los cajones de modelos ligeros no llevan fondo. Los chaflanes en los ángulos del noyo deben ser tallados a mano. Los lados de las cajas de poca altura se mantienen por lo general mediante tornillos de cabeza redonda. Para cajones importantes, enteramente desmontables, las caras laterales se unen de dos en dos por varillas fileteadas.

F ig. 4.3 Caja en forma de cajón 4.2.8.4 Cajas "de artesa"

Son una variante de las de cajón. La disposición oblicua de los lados da una salida suficiente para una extracción rápida sin tener que recurrir al desmontaje de la caja. En tal caso, se pueden realizar tantas partes desmontables como sea necesario, retirando cada una de ellas del noyo después del desmolde. La pendiente elegida para las paredes de la artesa en forma de tolva es del orden de un 10 %. Los lados no desmontables de la artesa van ensamblados por tornillos de cabeza plana. La artesa circular, cuyo empleo sólo se justifica para los trabajos en serie, se utiliza en sustitución de las cajas con espigas para la realización de pequeños noyos. 4.2.8.5

Las cajas en cajón y terraja

La construcción de las cajas se simplificará cuando se trate de ejecutar sólo un pequeño número de machos de dimensiones importantes. Se utilizará entonces la. caja-cajón reducida a algunos elementos de planchas, ensamblados y completos por una terraja de forma. Cuando el noyo a realizar es un sólido de revolución, se utiliza un torniquete compuesto de una terraja o plantilla montada en un eje con ángulo de salida, denominada candela o cirio, y de un fondo. La plantilla permite realizar el noyo por terrajado. En el

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ caso de ejecución de noyos en serie, algunas de estas cajas podrán ir montadas en máquinas de desmoldar.

Agujeros salida depara aire la

Terraja

F ig. 4.4 Caja con Terraja 4.2.8.6 Cajas metálicas

Estas cajas deben ser sólidas y ligeras a la vez. Han de ser sólidas para poder soportar sin riesgos de deterioro el apisonado por sacudidas, y lo bastante ligeras para que resulten manejables manualmente. En las juntas se situarán placas de desgaste en acero duro que conservarán las cotas de las cajas a pesar de la acción abrasiva de la arena. La caja estará simplificada al máximo y llevará un sistema de salida de aires. Sus formas exteriores serán sencillas a fin de facilitar su apilado y almacenaje. Entre los diferentes tipos de cajas metálicas, se tienen: 

Las cajas mecanizadas directamente de un bloque, utilizadas generalmente para la realización de noyos redondos.



Las cajas coladas o cajas obtenidas sobre moldeo.



Las cajas coladas. mecanizadas y pulidas parcialmente. Este es el caso de algunas cajas en hierro, acero y aluminio.

F ig. 4.5 Caja de machos en aluminio con cierre a charnelas

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Al igual que en el caso de las cajas de madera, las metálicas se clasifican según su concepción. Se distinguen: -

Cajas monobloc sin desmontaje.

-

Cajas en forma de marco en las que dos caras opuestas pueden ser torneadas.

-

Cajas con espigas en dos o tres partes, sencillas, de pequeñas o medianas dimensiones.

-

Cajas "tabaquera" y a charnelas.

La fabricación de noyos comprende: 

Preparación de las arenas.



Sistema de apisonado de la arena.



Extracción.



La primera operación de secado.



El acabado de los noyos, subdividido en: o

o

Limpiado y pequeños retoques. Enlucido con negro.

o

Ensamblado de los noyos.

o

El secado final después de la capa de negro.

4.2.9 Confección de machos 4.2.9.1 Preparación de las arenas de machos

Las fundiciones que buscan acrecentar su rendimiento y normalizar la preparación de las arenas silíceas aglomeradas, cualquiera que sea el grosor y el tipo de noyos utilizados, conceden una importancia primordial a la preparación de la arena de machos. Esta preparación metódica tiene la doble ventaja de simplificar considerablemente el trabajo y de reducir en alto grado los riesgos de error en la fase de preparación. El apisonado de la arena se verá facilitado, el trabajo será más limpio, mejores sistemas control y la verificación más segura y mejorada de la evacuación de los gases, más satisfactorio y regular acabado de superficies, y menos desbarbado de las piezas. A un aumento de la

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ regularidad de la calidad y de la producción corresponde una disminución apreciable de los defectos o tensiones internas que se constatan en las piezas moldeadas. Modo de apisonar la arena.

La mayor parte de las operaciones de noyotaje se ejecutan a mano. En una sección de machos bien concebida, cada obrero debe tener todos sus útiles al alcance de la mano. Un estudio estricto de los movimientos permite aumentar el rendimiento. El apisonado de la arena se efectúa a mano y con ayuda de un atacador. Si las series de machos a confeccionar son importantes y si se necesitan armaduras de forma, un operario se dedicará a la fabricación de armaduras. En caso contrario, cada machero ejecutará sus armaduras. La ejecución de los noyos por soplado ha sido objeto de numerosos ensayos en todas las fundiciones. Si bien han podido registrarse grandes adelantos en las fábricas que se dedican a grandes producciones en serie, los resultados obtenidos en las fundiciones que fabrican noyos muy diversos y en pequeñas cantidades han sido por el contrario mediocres. Las dificultades encontradas son debidas en particular a la falta de estanqueidad de las juntas de las cajas, causadas por el rápido desgaste de las caras de apoyo, a la mala disposición de las armaduras y a las salidas de aire. Las secciones equipadas con máquinas de soplar noyos en serie son importantes y están altamente mecanizadas.

4.3 

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS: Balanza Digital



Balanza de Precisión.



Mescladora.



Cajas de Machos.



Resinas



Arena.



Silicato de sodio.



Gas Dióxido de Carbono.



Herramientas de moldeo.



Horno a Gas o Basculante



Fundente y Desgasificante.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 4.4 



PREGUNTAS ADICIONALES A CONSULTAR PARA LA DEFENSA: Que son y para que sirven los noyos. Como se pueden mejorar las superficies interiores o cavidades en piezas fundidas.



Ventajas y desventajas del uso de los noyos.



Esquema de las partes del noyo.

4.5

INFORME

4.5.1 TEMA: 4.5.2 OBJETIVOS: 4.5.3 DESCRICION DE LA PRÁCTICA: 

Realización del noyo.



Realización del molde.

4.5.4 ANALISIS DEL NOYO REALIZADO: 

Resistencia en función del aglomerante utilizado.



Características principales que debe cumplir el noyo.



Defectos de fundición en las zonas en donde se encuentra el noyo y sus alrededores.

4.5.5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: 4.5.6 BIBLIOGRAFIA:

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ PRÁCTICA No. 05 MOLDEO CON MODELO GASIFICABLE (HORNO BASCULANTE) 5.1

OBJETIVOS: -

Aplicar los conocimientos adquiridos del proceso de fundición y obtener una pieza utilizando modelo gasificable a partir de la colada obtenida en el horno basculante

-

5.2

Conocer el funcionamiento y las principales características del horno basculante.


El poliestireno expandido es un material plástico espumado, derivado delpoliestireno. La denominación más correcta seria “poliexpan” ya que es una contracción del n ombre

de

su composición química, su nombre común es espumaflex. En la fundición artística también utiliza poliexpan (espuma flex) para la reproducción de modelos, de un acabado superficial medio en relación a la FCP (Fundición a la Cera Perdida). La ventaja de trabajar con modelos perdidos en espuma radica en la facilidad de maquinarla. Es así que un escultor, a partir de un bloque, podría lograr piezas de un agregado artístico elevado, con relativa facilidad. Además este proceso tiene la ventaja de no necesitar evacuado o pirolizado del modelo, ya que éste se gasifica al contacto con el metal fundido, dando como resultado un ahorro de energía en el proceso. Los únicos inconvenientes que presentan el proceso, radica en la necesidad de recubrimientos refractarios suficientemente permeables, para poder evacuar los gases de combustión de la espuma; y la dificultad de realizar figuras huecas de espesores menores a 7 mm, aunque con una colada lo suficientemente sobrecalentada es posible realizar piezas de hasta 3 mm de espesor. En la figura 5.1 se observa el proceso para la obtención de piezas con la ayuda de este método.


Figura 5.1. Moldeo con espuma flex.

5.2.1 Generalidades para la obtención de poliestireno expandido El Poliestireno Expandible es transformado en artículos acabados mediante un proceso que consta de tres etapas: una etapa de pre expansión, seguida de una etapa de Estabilizado, finalizando con una última Expansión y el Moldeo. Primera etapa: preexpansión

El Poliestereno Expandible, en forma de granos, se calienta en preexpansores con vapor de agua a temperaturas situadas entre 80 y 110ºC aproximadamente, haciendo que el volumen aumente hasta 50 veces el volumen srcinal. Durante esta etapa los granos son agitados continuamente. En esta etapa es donde la densidad final del EPS es determinada. En función de la temperatura y del tiempo de exposición la densidad aparente del material disminuye de unos 630 kg/m 3 a densidades que oscilan entre los 10 - 30 kg/m 3 . Luego de la Preexpansión, los granos expandidos son enfriados y secados antes de que sean transportados a los silos. Segunda etapa: reposo intermedio y estabilización.

Durante la segunda etapa del proceso, los granos preexpandidos, conteniendo 90% de aire, son estabilizados durante 24 horas. Al enfriarse las partículas recién expandidas, en la primera etapa, se crea un vacío interior que es preciso compensar con la penetración de aire por difusión. De este modo las perlas

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ alcanzan una mayor estabilidad mecánica y mejoran su capacidad de expansión, lo que resulta ventajoso para la siguiente etapa de transformación. Este proceso se desarrolla durante el reposo intermedio del material preexpandido en silos ventilados. Al mismo tiempo se secan las perlas. 5.2.1.1 Tercera etapa: expansión y moldeo final.

En esta etapa las perlas preexpandidas y estabilizadas se transportan a unos moldes donde nuevamente se les comunica vapor de agua y las perlas se sueldan entre si. En esta operación, las perlas preexpandidas se cargan en un molde agujereado en el fondo, la parte superior y los laterales, con el fin de que pueda circular uniformemente el vapor. Las perlas se ablandan y el vapor entra de nuevo en las cavidades. Durante la operación se aplican ciclos de calentamiento y enfriamiento, cuidadosamente seleccionados para el mejor equilibrio económico de la operación y para conseguir una densidad homogénea a través del bloque así como una buena consolidación de los gránulos, buena apariencia externa del bloque y ausencia de combaduras. En la tercera etapa existen distintas alternativas, basadas en la forma que adquiere el producto final. Generlamente en procesos para fundición el poliestireno expandido se inyecta en moldes para obtener modelos y poder fundirlos.

5.3

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS:

5.4



Modelo gasificable (Espuma Flex).



Arena de moldeo.



Herramientas de moldeo.



Horno a Gas o Basculante.





Similitud del moldeo con modelo de espuma flex y cera perdida.



Ventajas y desventajas del moldeo con modelo en espuma flex sobre moldeo en cera perdida



Moldes utilizados para fundir con modelos en cera perdida.



Aglomerantes utilizados para realizar moldes con modelos en cera perdida


Ventajas y desventajas de moldes en arena verde sobre moldes usados en el moldeo con cera perdida



Metales usados para fundir con modelo gasificable (teóricamente)



Metales recomendados industrialmente para fundir con modelo de espuma flex, y cera perdida.





Aplicaciones industriales, artísticas de fundición en cera perdida y espuma flex. Investigar el método de fundición MERCAS



Investigar el método de fundición con modelo real.

5.5

INFORME

5.5.1 TEMA: 5.5.2 OBJETIVOS: 5.5.3 DESCRIPCIÓN DE PROCESO DE CERA PERDIDA: 5.5.4 DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE COLADA EN EL HORNO BASCULANTE: 

Encendido del horno y control de llama.



Cargas en el horno



Fundentes y desgasificantes

5.5.5 ANALISIS DEL ELEMENTO OBTENIDO A PARTIR DEL MODELO DE ESPUMA FLEX:   

5.5.6

Defectos superficiales. Sistema de alimentación Espesores mínimos fundidos

CONCLUSIONES

5.5.7 RECOMENDACIONES 5.5.8

BIBLIOGRAFÍA


PRÁCTICA No. 06 OBTENCIÓN DE UNA PIEZA DE BRONCE AL ALUMINIO POR MEDIO DEL MOLDEO MANUAL (HORNO FIJO A DIESEL). 6.1

OBJETIVOS: -

Aplicar los conocimientos adquiridos del proceso de fundición y obtener una pieza en bronce al aluminio utilizando el horno fijo a diesel.

6.2

-

Conocer el funcionamiento y las principales características del horno fijo.

-

Realizar los cálculos de pérdidas de metal y determinar las cargas a utilizar

DESARROLLO TEÓRICO

6.2.1 Composición Química y Propiedades mecánicas. La resistencia mecánica de las aleaciones de bronce al aluminio varía notablemente en función de la composición química, velocidad de enfriamiento o algún tratamiento térmico al que se le pueda someter. En la tabla 6.1 se especifica las más comunes composiciones de aleaciones de bronce al aluminio estándares, según la norma ISO 428.

Aleación

CuAl9Mn2

Aluminio % 4,0 - 6,5 7,0 - 9,0 6,5- 8,5 8,0 - 10,0

CuAl10Fe3 CuAl10Fe5Ni15

8,5 - 11 8,5 - 11,5

CuAl5 CuAl8 CuAl8Fe3

Hierro % Níquel % 0,5 max 0,8 max 0,5 max 0,8 max 1,5 - 3,5 1,0 max 1,5 max 0,8 max 2,0 - 4 2,0 - 6

1,0 max 4,0 - 6

Manganeso % 0,5 max 0,5 max 0,8 max 1,5 - 3,0

Zinc % 0,5 max 0,5 max 0,5 max 0,5 max

2,0 max 2,0 max

0,5 max 0,5 max

Tabla 6.1 Composiciones de aleaciones de bronce al aluminio estándares En las tablas 6.2 y 6.3 se presenta la composición química y las propiedades mecánicas del bronce al aluminio colado en arena según la norma ASTM B 148-52. Estas aleaciones son las más utilizadas.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Especificación de la aleación 9A 9B 9C 9D Cobre min (%) 86 86 83 78 Aluminio (%) 8.5 a 9.5 9.5 a 11 10 a 11.5 10 a 11.5 Hierro (%) 2.5 a 4 0.75 a 1.5 3a5 3a5 Manganeso máx (%) 0.5 3.5 Niquel (%) 2.5 máx 3 a 5.5 Total indicado min (%)

99.0

99.0

99.5

99.5

Tabla 6.2 Composiciones química según norma ASTM B 148-52. Especificación de la aleación 9A 9B ESTADO DE COLADO Resistencia a la tracción (Kg/cm2) 4.57 4.57 Límite de fluencia (Kg/cm2) 1.758 1.758 Alargamiento en 5 cm (%) 20 20 Dureza Brinell (3000 Kg) 110 110 TRATADA TERMICAMENTE Resistencia a la tracción (Kg/cm2) 5.625 Límite de fluencia (Kg/cm2) 2.812 Alargamiento en 5 cm (%) 12

9C

9D

5.273 6.328 2.109 2.812 12 6 150 190 6.328 3.164 6

7.734 4.218 5

Brinell (3000 ) - norma 160ASTM 190B 148-52. 200 TablaDureza 6.3 Propiedades Mecánicas según Kg

Es necesario conocer que los bronces al aluminio según la norma ASTM B 148-52, en el proceso de fundición y obtención de colada, deben satisfacer aspectos como el intervalo de temperaturas de solidificación y la fluidez. Un ejemplo del intervalo de temperaturas de solidificación de la aleación del tipo 9C es que esta tiene un estrecho intervalo de temperaturas de solidificación que va desde 1046 ºC a 1035 ºC. En la tabla 6.4 se muestran valores de la fluidez de las principales aleaciones de bronce en moldes de arena.

Aleación Fluidez Bronce al Manganeso 2 Bronce al Estaño 6 Bronce al Aluminio 5 Bronce al Silicio 3 Tabla 6.4 Fluidez de aleaciones de Bronce.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 6.2.2 Consideraciones para el proceso de fundición Si el material tiene una temperatura mucho más alta que su punto de fusión transmite, al enfriarse el calor sobrante al molde, el cual a su vez se calienta y retarda el enfriamiento de la pieza; aumentándose así el tamaño de sus granos. Sin embargo, un sobrecalentamiento reducido provoca una estructura más fina de la colada. Una regla general para una buena fundición, es vertir el metal lo bastante caliente a los moldes; así los gases, cuya presencia en los metales puede tener diferentes causas y las inclusiones extrañas, tienen suficiente tiempo para escapar antes que los metales se solidifiquen: Por otro lado, la absorción de los gases aumenta con el aumento de la temperatura y es, pues, necesario elegir una temperatura bastante elevada, pero no demasiado alta. Por supuesto que piezas de secciones delgadas requieren a veces temperaturas mayores. Para que el metal no enfríe durante la colada, hay que echarlo con la mayor rapidez posible en los moldes; el metal en estado líquido debe tener una temperatura uniforme y debe llenar las partes del molde sin que se haya iniciado la solidificación. No debe perderse de vista que las temperaturas altas que se obtienen en los hornos tienen únicamente valor si las mismas son también altas al efectuarse la colada.

6.2.3 GENERALIDADES TÉCNICAS PARA LA ALEACIONES DE BRONCE AL ALUMINIO.

FUNDICIÓN

DE

Las aleaciones de bronce al aluminio forman un grupo bien definido y son adecuadas para el trabajo en frío y en caliente o para fundiciones. Muchas de ellas pueden ser tratadas térmicamente, los cuales se les comunica propiedades similares a la del acero. Sus principales ventajas son: 1. Buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas. 2. Buena resistencia a la corrosión a temperaturas normales. 3. Soporta esfuerzos a altas temperaturas. 4. Color agradable de la aleación (útil para fines decorativos).

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ La aleación fundida contiene 6% y 12% de aluminio y sobra 5% de níquel y hierro y son usados con numerosos fines. 6.2.3.1 Recomendaciones para el colado.

Durante el colado se debe procurar mantener la cuchara lo más próxima al molde. Uno de los mejores modos de colar una pieza de bronce al aluminio es por el método del molde basculante que consiste en levantar el molde gradualmente con inclinación. A medida que se llena se evita la turbulencia y además se logra que el último metal que entra en el molde, es decir, el más caliente , fluya sobre el metal que ya está en el molde. 6.2.3.2 Temperatura de Colado

La temperatura de colado varía de acuerdo a la composición del material y las condiciones geométricas (forma y tamaño) de la pieza. Por ejemplo, la temperatura de colado de la aleación bronce – aluminio de tipo 9C de acuerdo a la norma ASTM B 148-52 es de 1118 ºC que se obtiene sumando la temperatura de fusión de eta aleación (1043ºC) 75 ºC como sobrecalentamiento. Para espesores menores a 12.5 mm, la temperara de colado es 1250 ºC.

6.2.4 Defectos y problemas en la fundición: 6.2.4.1 Presencia de gases en las piezas fundidas.

Muchas fallas del metal fundido pueden tener su srcen en la presencia de gases en el mismo. En efecto, cantidades mínimas de gas en el metal pueden causar contracciones y porosidades en la última parte del metal que se solidifica. La presencia de gases en los metales líquidos puede atribuirse a distintas causas: pueden formarse en los hornos, por ejemplo, por la humedad del aire de combustión, encontrándose en este caso, hidrógeno en los metales; otra fuente de gas en los metales puede ser la humedad del revestimiento, del coque o de las ligas empleadas en las superficies de los moldes. Unas indicaciones para evitar y eliminar, por lo menos en parte, la presencia de estos gases en el metal fundido, son: -

La humedad en el aire de combustión se reduce haciéndolo pasar por secaderos.


El contenido de hidrógeno puede reducirse agregando óxidos adecuados al metal fundido.

-

La presencia del monóxido de carbono en el hierro puede evitarse agregando a la cuchara, calcio, silicio o aluminio, los cuales evitan una reacción entre el óxido de hierro y el carbón, fuente de la presencia del monóxido en el metal líquido.

6.2.4.2 Tensiones internas en las piezas coladas y métodos para contrarrestarlas.

Los fenómenos de la contracción, así como el enfriamiento disconforme de las partes de una pieza colada, dan srcen a tensiones internas en las piezas enfriadas, las que pueden provocar la deformación y hasta la rotura de las piezas, fenómeno que puede ocurrir incluso dentro de los mismos moldes. A veces una pieza colada aparentemente en buen estado, se rompe bruscamente a causa de un pequeño esfuerzo mecánico que se suma, en este caso, a las tensiones internas ya existentes. Se considera que la polea, representada en la figura 3.1, recién acaba de fundirse y se encuentra todavía en estado líquido. Al enfriarse ésta pieza, sus partes más delgadas, como los brazos y la llanta se solidifican mucho más rápidamente que el cubo. Vale decir entonces, que los brazos y la llanta están ya solidificados y se han contraído completamente por la medida de contracción, mientras que el cubo se encuentra todavía en el período de contracción, o tal vez, aun está dilatándose. Adoptándose las dimensiones indicadas en la figura referida, resultará que la llanta disminuyó su diámetro en 25 mm. y que los brazos penetraron en el cubo que se encuentra todavía en estado líquido, o recién empezó a solidificarse.

Fig. 6.1. Tensiones internas en una polea.

Al terminar el período de la solidificación, el cubo se ha contraído, disminuyéndose su diámetro en 3,4 mm. Para ajustarse a este nuevo diámetro, los brazos deberían ahora acercarse al centro, cada uno 1,70 mm, lo que no puede efectuarse, ya que la llanta

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ completamente solidificada impide un desplazamiento de aquéllos. Es entonces fácil de comprender que los brazos están sometidos a esfuerzos de tracción correspondientes al alargamiento de 1,7 mm, admitiéndose siempre que el cubo recién empieza a solidificarse y contraerse cuando la llanta y los brazos están ya completamente solidificados. Afortunadamente, en la práctica no se realiza la solidificación de la pieza exactamente de acuerdo con lo descrito, sino que el cubo ya empieza a contraerse cuando la llanta y los brazos están todavía en el período de la contracción; resulta, pues, que la tensión en los brazos se disminuirá en algo, por requerir el cubo un alargamiento de los brazos menor que 1,7 mm. Sin embargo, subsistirá una tensión interna lo suficiente grande como para perjudicar la pieza. 6.2.4.3 Fenómenos de rechupe y métodos parar contrarrestarlos:

A la contracción del metal hay que atribuir otro fenómeno muy molesto; la aparición en las piezas fundidas de ciertas cavidades llamadas coqueras y rechupados. La formación de coqueras es tanto más intensa cuanto mayor resulta la contracción en solidificación y cuanto más elevado es el tiempo que necesita la pieza para su solidificación. Para estudiar la formación de las cavidades se debe observar la solidificación de un bloque de acero, que es un metal de una contracción elevada y que se solidifica en forma muy desigual. Una vez vertido el bronce líquido a los moldes, empieza la solidificación, primero en las paredes y en el fondo, formándose una costra de un espesor más o menos fuerte, con una disminución correspondiente de volumen. Al contraerse esta costra, resulta que el metal líquido que se encuentra en el núcleo del bloque tiene más volumen disponible, lo que provoca una bajada de su nivel. Así tiene lugar una solidificación con intermitencias, formándose sucesivamente unas capas después de las otras llamadas frentes de solidificación, cada vez con una disminución de volumen, mientras que el metal líquido que se encuentra en la parte superior del bloque corre hacia abajo rellenando las cavidades resultantes de la contracción de las capas sucesivas. Se observa, pues, que la formación de las cavidades de rechupe se desplaza hacia la parte superior del bloque, apareciendo un agujero de

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ forma característica, con su parte superior abocinada y continuando a manera de un embudo hacia abajo. A menudo se forma en la superficie del bloque una costra débil durante el enfriamiento, apareciendo por lo tanto una cavidad cerrada que está en conexión con el aire exterior a través de poros y grietas. Un medio para evitar la formación de cavidades consiste también aquí en el diseño correcto de las piezas, evitando cambios abruptos de sección y previendo, si es posible, espesores de secciones parejas, que permitan una solidificación uniforme.

6.3

EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS: 

Tecle.



Horno Fijo.



Herramientas para el moldeo.



Balanza electrónica.



Chatarra de cobre.



Chatarra de aluminio.



Chatarra hierro, níquel y manganeso en pequeñas proporciones.




6.4


Características principales de materiales para fundición, temperaturas de fusión y calores específicos y latente de los mismos



Factores que influyen en la selección de hornos para fundición.



Porque la aleación se debilita con determinado % de Aluminio



Aplicaciones importantes de las aleaciones (Bronce al aluminio).



Principales escoreantes, fundentes y desgasificantes del bronce.

6.5

INFORME

6.5.1 TEMA: 6.5.2 OBJETIVOS: 6.5.3 DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE COLADA EN EL HORNO FIJO: 

Encendido del horno y control de llama.


Cargas en el horno y aleantes



Fundentes y desgasificantes

6.5.4 ANALISIS DEL ELEMENTO DE BRONCE OBTENIDO: 

Defectos de fundición en la superficie, coloración superficial.



Sistema de alimentación.



Resistencia del material.

6.5.5 CONCLUSIONES 6.5.6 RECOMENDACIONES: 6.5.7 ANEXO Hacer un esquema (corte) del quemador usado en el horno fijo a diesel

6.5.8 BIBLIOGRAFIA:

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ PRÁCTICA No. 07 PROCESO DE COLADO QUE UTILIZAN MOLDE PERMANENTE O COQUILLA. 7.1

OBJETIVOS: -

Conocer los procesos especiales de fundición.

-

Conocer el proceso de obtención de piezas fundidas mediante la utilización del moldeo permanente (moldeo en coquillas por gravedad).

-

7.2

Conocer las ventajas de los procesos especiales fundición en moldes permanentes.

DESARROLLO TEÓRICO DE LA PRÁCTICA:

7.2.1 Fundición en molde permanente En el moldeo con molde perdido se tiene que realizar un molde para cada pieza y luego desecharlos provocando pérdidas considerables de tiempo y dinero además del gran espacio físico de las instalaciones. La solución a este problema es la elaboración de moldes que no se destruyan después de cada proceso de colada, estos moldes son denominados moldes permanentes los cuales permiten una mayor rapidez, trabajo en células y piezas con elevada precisión dimensional, calidad superficial y de mayor resistencia. Los moldes permanentes se pueden utilizar para realizar hasta varios miles de piezas. A partir de ese momento el molde pierde precisión y debe cambiarse. Estos moldes se construyen con acero o fundición recubiertos de material refractario por lo que se suelen utilizar para el moldeo de piezas metálicas con menor temperatura de fusión que los materiales férricos como pueden ser aluminio, aleaciones de cobre, latón, zinc, magnesio, estaño, plomo, también se puede moldear fundición gris pero refrigerando el molde. Si se quiere fundir piezas de alto punto de fusión como el acero se utilizan moldes de grafito.

7.2.2 Tipos de proceso que utilizan moldes permanentes: 

Fundición en coquilla


Fundición en matrices



Fundición hueca



Fundición a baja presión



Fundición con molde permanente al vacío



Fundición centrifuga.

7.2.3 Fundición en coquilla Este proceso utiliza molde permanente o coquilla, en el cual se utilizan diferente procedimiento para el colado en coquillas y son los siguientes. 

Moldeo por inmersión.- Este procedimiento tiene como característica en llenar al molde metálico de cinc puro u otro metal en estado líquido. El metal forma una película muy delgada la cual queda adherida en las paredes del molde, retirándose el resto de metal liquido, con este procedimiento se puede obtener, sin la utilización de noyos, piezas delicadas y completamente vaciadas, en la superficie exterior con una bella apariencia.



Colado a Gravedad.- El molde esta sólidamente cerrado, se presenta una abertura en la parte superior generalmente cilíndrica y sin estrangulación hasta bebedero. El metal fundido se vierte en el molde que esta previamente calentado. Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado y las dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe que para llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad.

7.2.4 Fundición en matrices a presión. Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, estos moldes durante la operación se les conoce con el nombre de matriz, la cual consta de dos partes, en el cual se inyecta metal fundido a alta presión en la cavidad del molde las presiones típicas para este proceso son de 7 a 350 MPa., esta presión se mantiene durante la solidificación total, luego las dos mitades (que tienen un cierre preciso) de las matrices se abren para remover la pieza.


Figura 7.1 Máquina para fundición en matrices en cámara fría.

En este proceso se tiene dos tipos de procesos de inyección: 

Cámara caliente.-En este proceso se utiliza un recipiente adherido a la máquina en la cual se funde el metal para luego ser inyectado en la matriz utilizando un pistón de alta presión, estas presiones son de 7 a 35 MPa. La fundición en cámara caliente tiene dificultades en el sistema de inyección del metal, por la razón que gran parte del sistema queda sumergido en el metal fundido. Este proceso queda limitado para utilizar en materiales que tienen bajos puntos de fusión.

Figura 7.2 : Máquina de cámara caliente para fundición en matriz actuada mediante un embolo. 

Cámara fría.-El metal fundido es procedente de un contenedor externo para colar, se transporta mediante un cucharón, para ser vaciado en una cámara sin calentar para luego utilizar un pistón para inyectar el metal a altas presiones (14 0 140 MPa) en la cavidad de la matriz. Este proceso no es tan rápido debido a que se tiene que transportar el metal fundido de la fuente externa, pero es un proceso de alta producción.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Figura 7.3: Proceso de fundición en cámara fría. 1) Material vertido en la cámara con las matrices cerradas y el pistón cerrado; 2) El pistón forzal metal a fluir en la matriz manteniendo la presión durante la solidificación. 3) extracción de la pieza fundida al retraer el pistón y abrir las matrices.

F undición hueca: Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, donde se invierte el molde para formar un hueco, luego que el metal solidificado parcialmente en la superficie del molde, drenando el metal líquido del centro. En la solidificación el metal líquido comienza a solidificar desde las partes frías de las paredes del molde y continua hacia el centro de la fundición conforme avanza el tiempo. Los espesores de las paredes de las piezas fundidas en este caso se controla con el tiempo que ha transcurrido antes de drenar.

F undición de baja presión.-Es el proceso que utiliza molde permanente y fundición hueca, la cavidad es llenado por acción de la gravedad, la presión aplicada es 0.1 MPa. aplicada desde abajo, de manera que el metal fluye hacia arriba, como se observa en la figura 6.4, la presión se mantiene hasta que la pieza se solidifique.

Figura 7.4 fundiciones a baja presión.

F undición con molde permanente al vació: Es proceso en el cual se utiliza un vacío

para introducir el metal fundido dentro de la cavidad del molde, es un proceso similar la fundición de baja presión, aquí únicamente se utiliza una presión reducida dentro del molde, por esta razón el metal fundido es atraído en la cavidad del molde.


Figura 7.5: Fundición en molde permanente al vacío.

F undición Centrifuga: En este proceso se utiliza la fuerza de inercia producida por la

rotación en torno a un eje, la superficie toma la forma de un paraboloide de revolución, la cual sirve para distribuir el metal fundido en las cavidades del molde. Los problemas que se deben considerar el eje de rotación de los moldes a colar son: 

Vertical



Horizontal



Inclinado

Existen tres tipos de fundición centrifuga: 

Fundición centrifuga pura



Fundición semi-centrifuga



Centrifugado

F undición centrifugada pura: El eje de la pieza es el mismo que el eje de rotación del

molde, el metal fundido es vaciado en el molde rotativo mientras esta girando, en general el eje de rotación es horizontal y para piezas cortas el eje de rotación es vertical, las altas velocidades de rotación impulsan al metal fundido a tomar la forma de la cavidad del molde. Con este proceso se pueden obtener piezas de formas redondas y poligonales.


Figura 7.6 : Fundición centrifugada pura 

F undición Semi-centrifuga: Se utiliza la fuerza centrifuga para producir

fundiciones sólidas en lugar de partes tubulares, los moldes tienen mazarotas que alimentan el metal fundido desde el centro.

Figura 7.7: Fundición semi-centrífuga. 

Centrifugado: Las cavidades del molde de distintas formas se colocan a una

distancia parcialmente lejos del eje de rotación, el metal fundido se vacía por el centro, el cual es obligado a pasar al molde por medio de la fuerza centrifuga. Las propiedades de las piezas dependen de la distancia del eje de rotación.

Figura 7.8: Centrifugado; a) centrifugado; b) pieza fundida

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ PROCESO DE COLADO EN COQUILLA POR GRAVEDAD. Definición de coquilla: Una coquilla básicamente es un tipo de intercambiador de calor

la cual esta sujeto a las leyes de transferencia de calor. Las coquilla para la fundición por gravedad usa un molde metálico construido de dos secciones las mismas que están diseñadas para cerrar y abrir con un cierre preciso con facilidad. Las cavidades del metal junto con las de vaciado son hechas por maquinado, en las dos mitades del molde con la finalidad de obtener precisión en las dimensiones y un buen acabado superficial. F undición en Coquilla por gravedad.

En este proceso el metal fundido penetra en el molde por su propio peso, el metal fundido puede estar en un contenedor o en una cuchara de fusión fuera de la coquilla. Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado y las dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe que para llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad. El proceso de fundición en coquilla uno de los inconvenientes es la baja presión es la contaminación del metal por fusión de parte del crisol y del molde. Es por ello que sólo se utiliza en aleaciones de plomo, estaño y aluminio y en casos en que las impurezas de hierro no perjudiquen al uso de la pieza F ases dela fundición en coquilla por gravedad

Las fases del proceso de fundición en coquilla por gravedad se describe a continuación. 

Primera fase: dosificar el metal. Una cuchara de colada se sumerge en el baño

de aluminio y toma el volumen necesario para el llenado de la coquilla. 

Segunda fase: El llenado de la coquilla se realiza por la bajada de colada, el canal

de alimentación y por las entradas de la alimentación. Penetrando en la coquilla. 

Tercera fase: las mazarotas, que sirven para compensar la contracción del metal

de la pieza en el momento de la solidificación. Durante la colada y con el fin de evitar que se creen cavidades por la contracción del metal, se rellenan unas masas alimentadoras o reservas de metal líquido, llamadas mazarotas.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Estas mazarotas guardan el metal líquido durante más tiempo, y este metal alimentará la pieza durante la solidificación e impedirá la formación de cavidades llamadas rechupes. Pasos para la fundición en coquilla por gravedad

Los pasos para el proceso de fundición en coquilla por gravedad se describen a continuación.

Figura 7.9: Pasos para la fundición en coquilla por gravedad



La coquilla se precalienta, esto se lo realiza para evitar choques térmicos entre el metal fundido y la coquilla, este proceso para el presente proyecto se realizará con un soplete a gas, la temperatura que debe alcanzar la superficie del molde de la coquilla puede estar entre 150 ºC. a 350 ºC., se inserta el noyo en el caso que la pieza fundida vaya a hacer hecha con un vaciado y luego se cierra las mitades de la coquilla.



El metal fundido se vierte en la coquilla para que se llene el molde de la coquilla.



Se abre las mitades de las coquillas y se extrae la pieza fundida de la coquilla.



Se observa la pieza terminada. Características de la fundición en coquilla por gravedad. Las características principales de la fundición en coquilla por gravedad se detallan a continuación: 1. En este procedimiento el molde tiene que ser desmontable. 2. Tienen que ser utilizadas para la producción en serie.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ 3. Deben ser utilizadas para producir unos cientos de piezas fundidas. 4. Los agujeros y vaciados de pieza fundida se pueden obtener mediante noyos, los cuales pueden ser metal o hecho a base arena, los mismos que son comúnmente utilizados por ser de fácil remoción. 5. Reducir el mecanizado para las piezas fundidas. 6. Mejorar las propiedades tanto físicas y mecánicas de las piezas fundidas. 7. La solidificación de las piezas fundidas es mas rápido por los cual produce un tamaño de grano más fino.

E laboración de las coquillas

Las coquillas pueden ser elaboradas de acero, fundiciones grises, fundiciones maleables, fundiciones blancas, fundiciones nodulares, cobre, aluminio, siliconas, etc. Las coquillas del laboratorio (coquillas de búhos) es de hierro fundido gris ASTM número 30, por la obtención del hierro en el horno de cubilote en el país. La cavidad del molde permanente puede ser elaborada con gran precisión y pequeña rugosidad de la superficie, por esta razón las piezas fundidas que se obtienen en ellos tienen una superficie lisa. La coquilla que se utilizara para la fundición depende de la pieza fundida y de la solicitación que se desea obtener. La composición de las coquillas depende del tipo de material que se desea colar. Cavidad de la Coquilla o molde

La cavidad de la coquilla o molde de una pieza es tallado de dos bloques llamados mitades de la coquillas, enguiados, si es sencilla, o bien formado por un ensamblaje de piezas talladas, unidas y sujetas en los bloques, dependiendo la complejidad de la pieza fundida que se desea obtener. La forma exterior de la coquilla depende de cantidad de calor que va a evacuar estas formas pueden ser redondas o prismáticas. Las cavidades de los moldes pueden ser ensamblados de múltiples partes, las mismas que tienen la ventaja la extracción del aire del interior de la cavidad del molde, la desventaja es que aumenta las rebabas y por consiguiente la eliminación de estas conllevan un tiempo mayor.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Las cavidades de la coquilla se debe observar que no tengan contrasalidas para que facilite la extracción de la pieza fundida. E vacuación de aire

La salida de aire o respiraderos son perforaciones o surcos que se encuentra en la periferia del molde, los mismos que se encuentran en forma de entramados y la profundidad de los surcos pueden estar entre 0.1 a 0.2 mm. La evacuación del aire es de gran importancia en las piezas fundidas, la razón es que se elimina las porosidades de la pieza fundida que se pueden provocar debido a que pueden quedar atrapado el aire en el interior de la pieza fundida. Principales componentes de una máquina para obtención de piezas fundidas obtenidas por fundición en coquilla por gravedad. Mecanismos de cierre: El mecanismo es de gran importancia para la coquilla debido a

que en el momento de la colada, la coquilla debe estar enclavada. E xpulsores: Los expulsores tienen por misión empujar a la pieza fundida paralelamente

a si misma, pueden también ser utilizadas para evacuar la evacuación de aire, las cuales deben estar diseñadas para que no produzcan esfuerzos en la coquilla. Guías: Las guías tienen por misión centrar a las dos mitades de la coquilla con el fin de

poder obtener una pieza fundida que no excéntricas debido a que están construidos de dos partes diferentes. Mazarota: Respiraderos y mazarotas los respiraderos y mazarotas deben ser tallados en

la coquilla con el fin de que cumplan sus respectivas funciones. La ubicación de estas se los realiza en planos de abertura de la coquilla para facilitar la extracción de la pieza fundida y de las mismas

7.3 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS: 

Horno a Gas o Basculante.



Chatarra de aluminio.



Equipo de coquilla de guía y vástago.



Equipo de colado centrifugo.



Tanque de Gas.


Flamero.



Grafito.

7.4 PREGUNTAS ADICIONALES A CONSULTAR Y LA DEFENSA: -

Que es la presión metalostática y cómo influye durante el proceso de colado?

-

Porque en la producción de las piezas fundidas por medio de moldes permanentes tiene inconvenientes durante los primeros colados?

-

Ventajas, desventajas y limitaciones de los procesos especiales de fundición que utilizan los moldes permanentes.

7.5 INFORME. TEMA: OBJETIVOS: DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA: ANALISIS DE LOS ELEMENTOS FUNDIDOS: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: BIBLIOGRAFÍA:

PRÁCTICA No. 08 8. OPERACIÓN DEL HORNO DE INDUCCIÓN DE ALTA FRECUENCIA. 8.1 OBJETIVOS:


Conocer el funcionamiento del horno de Inducción de la EPN.

-

Conocer los diferentes tipos de Hornos eléctricos que existen y sus sistemas de enfriamiento de este tipo de hornos.

8.2 DESARROLLO TEORICO DE LA PRACTICA: Tipo de Hornos Eléctricos: Existen tres tipos de hornos eléctricos para fundir metal que son: 1. Hornos de resistencia. 2. Hornos de Arco. 3. Hornos de Inducción. Hornos de resistencia: El tipo más sencillo de horno eléctrico es el horno de resistencia, en el que se genera calor haciendo pasar una corriente eléctrica por un elemento resistivo que rodea el horno o aprovechando la resistencia eléctrica del propio material que se quiere calentar. En los hornos que se calientan desde el exterior, el elemento calefactor puede adoptar la forma de una bobina de alambre enrollada alrededor de un tubo de material refractario o puede consistir en un tubo de metal u otro material resistivo, como el carborundo. Los hornos de resistencia son especialmente útiles en aplicaciones en las que se necesita un horno pequeño cuya temperatura pueda controlarse de forma precisa. Estos hornos pequeños se utilizan mucho en los laboratorios y también se emplean en el tratamiento térmico de las herramientas. Para cocer cerámica o fundir latón se emplean hornos más grandes. La mayor temperatura a la que se emplean hornos de resistencia —por ejemplo, en la fabricación de grafito— es de unos 4.100 ºC. Resistencia, propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. Hornos de Arco Eléctrico: Como indica su nombre los hornos eléctricos de arco son horno de fusión en donde el calor generado es de un arco ya sea directo o indirecto ,el horno de arco directo tiene generalmente tres electrodos cada uno de los cuales están conectados a unos cables de una fuente de potencia de tres fases.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Los hornos varían en capacidad desde 1 a 100 toneladas, los hornos de arco tienen revestimiento refractario ácido o básico, con una apropiada escoria para dar la composición química requerida en el metal. El horno de arco voltaico es el tipo de horno eléctrico más utilizado para la producción de aceros de aleación de alta calidad, y su capacidad va desde unos 200 kg hasta 180 toneladas. En estos hornos, el calor se genera a partir de un arco eléctrico formado entre el metal que se quiere calentar y uno o más electrodos suspendidos por encima de él. Una modalidad típica de horno de arco tiene tres electrodos alimentados por una fuente trifásica, que producen tres arcos de calentamiento. Los electrodos son de grafito o carbono. Hornos de Inducción: Los hornos de inducción pueden ser: 

Hornos de Canal.



Hornos de Crisol.

Hornos de Canal.- Estos hornos están constituidos por: 

Un inductor compuesto por un núcleo magnético cerrado, una bobina primaria y un anillo secundario de metal fundido que llena un canal de metal refractario, formando una espira en cortocircuito.



Un cuerpo de horno situado a un lado del inductor cuya capacidad es netamente superior a la del canal.

Se puede considerar que su funcionamiento es similar al de los transformadores eléctricos, o sea, el paso por el primario de una corriente alterna de frecuencia normal produce un campo magnético, también alternativo, que se canaliza por el núcleo de chapa magnética y que da lugar a una corriente inducida la espira única de metal; esta corriente inducida se transforma en calor por el efecto Joule, elevando así la temperatura. Las características primordiales de este tipo de horno son: 

Tienen un buen rendimiento.


El factor de potencia es alto (0,4 a 0,7) por el aceptable acoplamiento entre primario y secundario.



Su equipo eléctrico es más sencillo que el de los hornos de crisol, por lo que su coste es más barato.

Los hornos de canal también se conocen como hornos de baja frecuencia, estos hornos son basculantes alrededor de su pico o de su centro de gravedad según que interese colar en coquillas o en los calderos de transporte regulándose estos según convenga.

Fig. 8.1. Corte de un Horno del Tipo Canal.

Hornos de Crisol: Consta de una bobina inductora de forma cilíndrica que se reviste interiormente de un material refractario, dejando un espacio donde se funde la carga. El conjunto de carga revestimiento y bobina van dispuestos dentro de una estructura metálica. Por ser muy elevada la intensidad que circula por la bobina se construye con un perfil de cobre hueco para la refrigeración con agua. Debido a los esfuerzos mecánicos y electromagnéticos a que está sometida , es necesario la rigidez mecánica del conjunto, pero permitiendo por otra parte, la libre dilatación y contracción del sistema refractario. Al horno de crisol también se lo denomina de alta frecuencia.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ El consumo de energía en estos hornos es altamente favorable, debido a los tubos de cobre en cuyo interior circula agua de refrigeración. Las magníficas características metalúrgicas del horno de alta frecuencia se deben a que la fusión tiene lugar en un crisol, en el que la relación entre la superficie y el volumen pueden seleccionarse de tal manera, que se reducen las pérdidas por radiación. TABLA 8.1. Diferencias entre el horno de inducción de canal y de crisol.

Crisol

Canal

La bobina está alrededor del crisol.

La bobina está en la parte inferior del crisol.

Es de alta frecuencia

Es de baja frecuencia

El enfriamiento es por agua

El enfriamiento es por aire

Los hornos de inducción sin núcleo se basan en la ley física según la cual los cuerpos metálicos sometidos a la acción de un campo magnético de corriente alterna se calientan tanto más cuanto más intenso es el campo magnético y cuanto más elevada es la frecuencia. Están constituidos por una espiral cilíndrica (enfriada por circulación interior de agua) de tubo de cobre de sección rectangular o cuadrada, dentro de la cual va instalado un crisol que contiene el metal que se ha de fundir. Por efecto del campo magnético generado por la espiral se induce una corriente a la masa metálica y la energía eléctrica absorbida se transforma en calor. El crisol refractario no impide la acción del campo magnético Los hornos eléctricos de inducción utilizan una corriente inducida para fundir la carga. La energía es del tipo de inducción sin núcleo dada por una corriente de alta frecuencia que suministra a la bobina primaria, enfriada por agua que circunda al crisol. La corriente de alta frecuencia es alrededor de 1000 Hz, suministrada por un conjunto motor-generador o un sistema de frecuencia con arco por vapor de mercurio. El crisol es cargado con una pieza sólida de metal, chatarra o virutas de operaciones de mecanizados, al cual se le induce una alta corriente secundaria. La resistencia de esta corriente inducida en la carga se hace en 50 o 90 min, fundiéndola en grandes crisoles.

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Alrededor del crisol hay una bobina por la que se hace pasar una corriente alterna de alta frecuencia. El campo magnético generado por la bobina induce corrientes rotacionales en el metal contenido en el crisol. Los hornos de inducción tienen una serie de ventajas, la principal de las cuales es la velocidad con la que puede fundirse el metal. Cuando la frecuencia de la corriente es relativamente baja, las corrientes de remolino inducidas ejercen una acción de agitación sobre el metal fundido. Como las frecuencias más altas son más eficaces para calentar, algunos hornos de inducción disponen de dos bobinas, una para corriente de alta frecuencia y otra para corriente de baja frecuencia. Los primeros hornos de inducción empleaban frecuencias de entre 60 y 60 000 Hz, pero algunos hornos actuales están diseñados para emplear frecuencias de 1 millón de Hz o más. Los hornos de inducción se han convertido gradualmente en los hornos más usados para la fundición de hierro y, crecientemente, para aleaciones no ferrosas. Estos hornos tienen un excelente control metalúrgico y están parcialmente libres de contaminación. Están disponibles en capacidades que van desde unas cuantas libras hasta 75 toneladas. Los hornos de inducción sin núcleo tienen una capacidad típica de 5 toneladas a 10 toneladas. En un horno sin núcleo, el crisol está completamente rodeado por una bobina de cobre refrigerada con agua. En los hornos de canal, la bobina rodea a un inductor. Algunas unidades de canal grandes tienen capacidades por encima de las 200 toneladas. Los hornos de inducción de canal se usan comúnmente como hornos de conservación. El conductor principal es una bobina, que genera una corriente secundaria mediante inducción electromagnética. En el horno de inducción la corriente es de alta frecuencia y la bobina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema moto-generador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas. El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales. Entre las principales ventajas del horno de inducción constan:


La velocidad con la que se funde el metal.



Los bajos niveles de contaminación con los que se obtiene la colada.

Fig. 8.2. Instrumentación del Horno de Inducción

El funcionamiento del Horno de inducción es el siguiente: 1. Por medio del control de velocidad se hace funcionar el motor para proporcionarle energía mecánica al alternador de alta frecuencia. 2. El alternador de alta frecuencia proporciona la energía alterna utilizada por el horno de inducción, esta energía pasa a través de un banco de capacitores automáticos para poder regular el factor de potencia. 3. Un sensor de temperatura censa la temperatura del horno, la señal es transmitida a un indicador de temperatura y a su vez a un controlador o variador de velocidad. 4. El variador de velocidad regula las revoluciones por minuto, al hacer esto esta variando la frecuencia del alternador. El funcionamiento del horno de inducción es sencillo en comparación al horno de gas. Se utilizan instrumentos para censar la frecuencia y las revoluciones por minuto.


Fig. 8.3. Simbología para el Horno de Inducción

Fig. 8.4. Esquema de Funcionamiento del Horno de Inducción

LABORATORIO DE FUNDICIÓN, EPN _____________________________________________ Ventajas y Desventajas del horno de Inducción 

Los hornos son siempre rebatibles mecánica o hidráulicamente, y llevan el perno de rotación bajo la piquera de colada.



Los hornos emplean corriente monofásica si son de poca cabida, y corriente trifásica, con más canales, si son grandes.



El factor de potencia es, aproximadamente, 0,70, lo que obliga, en la mayoría de los casos, a acoplar uno o más condensadores para aumentarlo a 0,80.



Las pérdidas de material por oxidación son mínimas y el funcionamiento resulta económico.



Su producción es de gran calidad, con oxidaciones muy reducidas y análisis constantes.



Se obtiene también la supresión de los electrodos, una economía en los gastos de funcionamiento y un menor consumo de corriente eléctrica.



Los gastos de instalación son muy elevados. Se emplean particularmente en las fundiciones de aceros aleados especiales o de aleaciones de hierro colado y en menor escala en las fundiciones de hierro colado gris.



Son menos riesgosos para la planta.



No hacen ruido.



No son construidos en el país.

8.3 INFORME. TEMA: OBJETIVOS: DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: BIBLIOGRAFÍA:

Guia de practicas de fundicion EPN

Recommend Documents