SOCIEDAD MEXICANA DE FUNDIDORES A. C.
INTRODUCCION INTRODUCCION AL PROCESO DE INVESTMENT CASTING. (Proceso de Cera Perdida)
PREPARADO POR:
ING. JOSE CARLOS LOPEZ MORENO ABRIL DEL 2008
INTRODUCCION INTRODUCCION AL PROCESO DE INVESTMENT CASTING. C ASTING. ( Proceso Proceso de Cera Cera Perdida) INDICE INTRODUCCION DESCRIPCION DEL PROCESO INYECCION DE CERA O MODELO PLASTICO ENSAMBLE DEL MODELO ( ARBOL) RECUBRIMIENTO DEL BINDER- SLURRY. RECUBRIMIENTO DE REFRACTARIOS- STUCCO PREPARACION DEL MOLDE CERAMICO (INVESTMENT) FUNDICION DE LA CERA Y EVACUADO DEL MOLDE VACIADO DE LA PIEZA METALICA FUNDIDA DESMOLDEO Y ACABADO DE LA PIEZA FUNDIDA DEFECTOS DE LAS PIEZAS FUNDIDAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ICP BIBLIOGRAFIA APENDICE A – CONTROL DE PROCESO
INTRODUCCION Para definir la antigüedad de este proceso de fundición se tiene uno que referir a muchos cientos de años antes de Cristo (4000-3500), cuando las culturas que habitaban la India, Mesopotamia, México y algunas zonas de África, utilizando cera natural de abejas, crearon piezas de ornato, joyería y religiosas, utilizando metales como el oro, el cobre y el bronce.
Schedule Diversarum Diversarum La prime primera ra refe refere renci ncia a de bibl biblio iogra grafí fía a cono conoci cida da es el Schedule Artium, escrita por el Presbítero Teofilo en la cual se describían varios procesos de manufactura, estas enseñanzas fueron seguida por escultores del renacimiento italiano como Benvenuto Cellini. En el siglo IX, se desarrollaron aplicaciones para tratamientos odontológicos, y durante la época de la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo tecnológico dio como resultado el desarrollar aplicaciones aplicaciones en la industria militar militar y en el desarrollo de prótesis para rehabilitar a los soldados heridos. Actualmente este proceso tiene gran aplicación en las Industrias Aeronáutica y Aeroespacial, utilizándose en la fabricación de piezas de alta precisión para aleaciones de metales como, el oro, el cobalto, el titanio y aleaciones especiales.
DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso de Investment Investment Casting Casting es de tipo de etapas múltiples, múltiples, como se detalla detalla a continuación: 1. Un molde molde de cera cera con la figura figura de de una parte parte terminada terminada se crea crea por medio medio de la la inyección de la cera dentro de un molde metálico. 2. El molde molde de cera es montad montado o sobre un árbol árbol de cera, cera, que se converti convertirá rá en el alimentador del metal fundido. 3. El árbol árbol de cera es sumergido sumergido de manera manera altern alternada ada dentro dentro de una mezcla mezcla de componentes componentes (slurry) y recubierto recubierto por aspersión aspersión con un material de naturaleza naturaleza refractaria ( stucco) hasta obtener una concha de espesor grueso. 4. La concha concha refractaria refractaria se se deja secar secar al aire aire por un periodo periodo de 2424- 48 horas. horas. 5. La concha concha refractaria refractaria es introduc introducida ida en una autoclave, autoclave, dentro dentro de la cual cual la cera es fundida y vaciada por gravedad de la concha refractaria, dejando una cavidad con la forma de la pieza metálica deseada. 6. El metal metal es fundido fundido por separad separado o y una vez que ha sido sido ajustada ajustada la aleaci aleación ón y preparado preparado para ser vaciado, se vacía dentro de la concha refractaria tomando tomando el lugar que dejo vacío la cera fundida. 7. El metal metal vaciado vaciado se solidi solidifica fica dentro dentro de la concha concha refractaria refractaria.. 8. La concha concha refractaria refractaria es es quebrada quebrada y retirada retirada de la pieza pieza vaciada. vaciada. 9. Los alimentad alimentadores ores son retirad retirados os por medio medio de corte y/o y/o esmerilado. esmerilado. 10.La pieza es enviada a los procesos de tratamiento térmico y maquinado.
INYECCION DE CERA O MODELO PLASTICO REOLOGIA DE LA CERA Para entender el comportamiento de la cera utilizada en el Proceso de Investment Casting, es importante entender las siguientes definiciones:
Cera: Hidrocarburo de base parafina. Viscosidad: Es la medida de la resistencia al flujo del líquido/ o sea que tan grueso o tan delgado es el líquido al fluir. Reología: Es el estudio de las características de flujo del material. En la cera para moldes del Proceso de Investment Casting es muy importante debido a que estas son adquiridas adquiridas de su proveedor proveedor en estado sólido sólido y para poder ser introducida al molde metálico es necesario fundirla o al menos ablandarla para darle fluidez y poder producir los moldes de cera, conocidos también como moldes de desecho. Una vez que el molde del Investment Casting es fabricado, la cera debe de ser fundida y desalojada del mismo en estado líquido, para entonces poder continuar con el proceso de fabricación de la pieza metálica fundida. Por lo tanto las característ características icas del flujo de la cera son de importancia importancia vital para el buen desempeño desempeño del proceso, proceso, ya que si la cera es muy viscosa viscosa puede fracturar la concha cerámica y ser la causa de defectos en la pieza fundida tales como los cold shuts y los knit lines. En caso de que la cera tenga mucha fluidez puede causar depósitos de rellenos de “fillers de poliestireno” poliestireno” en el equipo de proceso y estos estos pueden ser salpicados dentro del molde metálico y permitir la entrada de aire durante la inyección. Una cera de baja viscosidad puede también ser la causa de que se formen depósitos de “fillers” y ocasionar problemas de quemado. En el proceso de vaciado vaciado de la cera líquida, líquida, también también influirá influirá en la calidad calidad de la pieza fundida, ya que si un alimentador de cera es muy viscoso podrá ser causa de que se retarde la evacuación de la concha cerámica y ser causante de su agrietamiento. El conocimiento de los datos de la reología de la cera utilizada es útil para determinar las condiciones más adecuadas de la cera o de sus mezclas y para definir los requerimientos específicos para el control del proceso. Exis Existe ten n dife difere rent ntes es equi equipo poss util utiliz izad ados os en los los méto método doss de ensa ensayo yo de las las propiedades de las ceras, los mas comúnmente utilizados son:
Viscosimetro “U” el cual tiene las siguientes limitaciones: • • • •
No es adecuado para las ceras de relleno de moldes. No es aplicable a mediciones cercanas al punto de congelación. Son necesarios muchos tubos (frágiles), para medir en un rango amplio. Requiere de una limpieza excesiva.
Viscosimetro Rotacional ( Brookfield) el cual tiene las siguientes limitaciones: No es confiable cerca o por debajo del punto de congelación. Tiene un rango limitado de velocidades de corte.
• •
Dinámico Rotacional ( Reometro) el cual tiene las siguientes ventajas: • • • •
Se trabaja en un rango mas amplio de temperaturas. Permite el manejo de muestras muy calientes. Apoya a la inspección de lotes nuevos, por su rápida respuesta. Apoya también a actividades de mejoras de los procesos.
Su desventaja es que es un equipo de alto costo de adquisición y operación.
INYECCION DEL MOLDE DE CERA El propósito de este proceso es el de llenar el molde metálico con la cera fluidizada. Existen equipos semi- automáticos y automáticos que efectúan esta operación, en los que adicionalmente al control de la reología de la cera, se deben de controlar los siguientes parámetros de operación: • • • • •
La temperatura del acondicionador de la cera. El diámetro de la boquilla de inyección. La presión de inyección. La velocidad de inyección. La cantidad de cera inyectada.
El “secreto” del proceso es obtener y mantener, que el flujo de la cera a ser inyectada dentro del molde metálico sea suave y laminar, en línea recta, desde el sistema de inyección hacia el molde.
ENSAMBLE DEL MOLDE (ARBOL) ( ARBOL) Una vez que se tienen los moldes de cera inyectados, estos se ensamblan a las entrad entradas as de metal metal fundid fundido o (gates (gates)) y al alimen alimentad tador or vertede vertedero ro (sprue), (sprue), ambos ambos fabricados fabricados de cera, por medio del contacto contacto de una herramienta herramienta de punta caliente, caliente, que crea una fusión de la cera y el componente a ser unido, otra forma de hacerlo es tene tenerr en un reci recipi pien ente te cera cera fund fundid ida a y hace hacerr una una rápi rápida da inme inmers rsió ión n del del componente a fin de tomar una cantidad de cera y antes de que esta enfrié y soli solidi dififique que se unen unen por por cont contac acto to los los dos dos comp compon onen ente tess y se file filete tean an con con la herramienta de punta caliente a fin de evitar que en procesos subsecuentes se formen imperfecciones que afecten afecten a la concha cerámica y a la la pieza fundida.
RECUBRIMIENTO DE BINDER - SLURRY INTRODUCCION. Originalmen Originalmente te los sistemas de fabricación fabricación de conchas cerámicas cerámicas se basaban en la utilización del compuesto llamado Etil –Silicato, el cual producía excelentes resulta resultados dos debido debido a su procesa procesamie miento nto rápido rápido y su óptima óptima resiste resistenci ncia. a. Estos Estos sistem sistemas as podían podían ser estabili estabilizado zadoss con Amonia, Amonia, y se tenían tenían una evaporaci evaporación ón rápida del alcohol debido a su alta presión de vapor, pero surgieron límites restrictivos para las emisiones de alcohol al medio ambiente. Por lo anterior surgió la tendencia a modificar los sistemas de binders utilizando el compuesto compuesto llamado Silica Coloidal, este compuesto se compone compone de partículas de Dióxido de Silicio dispersas en agua, con superficies de área de 50 y 450 metros cuadrados por gramo, en el proceso de Investment Casting se han utilizado partículas con un tamaño promedio de 7 – 10 y de 11 – 16 micrones, los cuales producen resultados similares en lo referente a tiempos de proceso y resistencias que que los los sist sistem emas as de Etil Etil – Sili Silica cato to,, esto estoss sist sistem emas as son son cono conoci cido doss como como “Enhanced Binders”. El ph ( potencial de hidrogeno) hidrogeno) es típicament típicamente e de 10 y la viscosidad viscosidad es menor de 5 – 6 cps, las partículas partículas están están separadas separadas por cargas eléctricas eléctricas negativas, negativas, por lo cual es necesario necesario para cambiar la polaridad polaridad de las cargas negativas, el promover la gelación en una concha cerámica, lo cual ocurre al evaporar el agua y juntando las partículas y el material refractario.
Los polímeros adicionados permiten que el punto de gelación descienda, con lo cual sé decrementara la cantidad de tiempo necesario para obtener los enlaces de los materiales ó “ligas”. Es recomendable monitorear los comportamientos del látex, ph, viscosidad, carga eléctrica de las partículas, gravedad específica y otras características relevantes Ante Anteri rior orme ment nte e han han sido sido util utiliz izad ados os binde binders rs de fosf fosfat ato o de alum alumin inio io en vari varias as aplicaciones refractarias, el polioxiclorato de aluminio se ha usado como liga refr refrac acta tari ria a en la fabr fabric icac ació ión n de conc concha hass refr refrac acta tari rias as,, pero pero con con múlt múltip iple less desvent desventaja ajass como; como; pobre pobre resist resistenci encia a en verde, verde, descom descomposi posició ción n de gas cloro cloro dura durant nte e el cale calent ntam amie ient nto o con con sus sus ries riesgo goss labo labora rale less y ambi ambien enta tale less y baja baja resistencia al quemado.
BINDERS Y SLURRY. •
•
La selección del “slurry” depende del tipo de aleación que se procese y de su temperatura de vaciado. La variedad de los “slurries” esta en función del número de tanques y de mezcladores que se tengan disponibles para el proceso.
BINDERS / ADHESIVOS. Generalmente son utilizados dos tipos de “slurries”, uno llamado primario que estará en contacto con el molde de cera y el llamado de soporte que esta en contacto con el material refractario.
Slurry Primario . Tiene como propósito el desarrollar una estabilidad a largo plazo más grande, debido a que tendrá una velocidad más lenta de escurrimiento, además deberá de proveer características de recubrimiento excelentes, ya que la mayoría de los defectos que se presentan son debidos a una velocidad de secado muy rápida. Es import important ante e destac destacar ar que los slurrie slurriess primar primarios ios que contie contienen nen únicam únicament ente e Harina de Circón, la caída del ph es más rápida en comparación de los binders sin látex. Ocasionalmente existe crecimiento de bacteria en los binders primarios lo cual se puede convertir en un problema, esto es debido a que el polímero es un nutr nutrim iment ento o de la bact bacter eria ia,, aunqu aunque e las las susta sustanc ncia iass bact bacteri erici cidas das viene vienen n en los los polímeros y en la base de Sílica Coloidal, puede ser necesario el adicionar un bactericida, siendo los compuestos clorados los más comunes. La tendencia a crear espuma, se vuelve otra preocupación y se puede controlar con la adición de antiespumantes, pero se debe de vigilar el no adicionarlos en exceso pues genera un defecto llamado “ojo de pescado” El slurry debe de integrarse antes de la inmersión del cuerpo de cera, ya que la integración permite al aire y a la espuma es puma disiparse.
La meta del binder binder primario es reducir reducir los defectos defectos superficiales superficiales y promover la adherencia del ensamble de cera (sprue-gate-mold).
Slurry de Soporte. Tiene como objetivo el tener un procesamiento rápido y lograr resistencia mas altas, que las proporcionadas por los Silices Coloidales estándares. Los Binders tienen como función principal el eliminar eliminar los daños potenciales de los recubri recubrimie miento ntoss refract refractari arios os como como lo son los levant levantami amient entos os de materi material al y los agri agriet etam amie ient ntos os,, así así como como prom promov over er la form formac ació ión n de conc concha hass cerá cerámi mica cass resistentes. La formulación es básicamente de Silica Coloidal con aditivos tales como; Látex ( estireno- butadieno, acetato de vinilo, acrílico- estireno), alcohol polivinilico, Methol cellulose, resinas acrílicas, etc. Y de agentes humectantes que permitan la adherencia del material refractario y tener más largos tiempos de secado. El objeto de adicionar polímeros a los slurries de soporte es el de promover la resistencia en verde ( en húmedo) de la concha cerámica, lo cual mejo mejora rara ra las las prop propie ieda dade dess de mane manejo jo manu manual al ó mecá mecáni nico co de las las mism mismas as,, previniendo previniendo la generación generación de fracturas fracturas durante el proceso de derretido del cuerpo de cera. A los binders de látex no se les debe de mezclar con alto corte, ya que esta situación puede originar él quiebre de la estructura orgánica del polímero, esta situación no se presenta con los polímeros solubles en agua. Es muy importante que se tenga una viscosidad baja para permitir una mejor cobertura en las ranuras y acortar los tiempos de drenado. Los binders de soporte tienen una tendencia a generar espuma, la variación del ph y la forma formaci ción ón de bacte bacteri ria a no deben deben de ser ser un probl problem ema a si se tien tiene e un alto alto consumo consumo de los materiales, materiales, si existe la tendencia tendencia a sobre- drenar el slurry, puede traer como resultado el tener un bajo espesor de la concha cerámica y baja resistencia para soportar cargas.
CONTROL DEL SLURRY. Los factores que afectan la uniformidad de la concha cerámica son llamados Control del Slurry. El propósito de este tipo de control es obtener la calidad requerida de la pieza fundida, esto incluye; el acabado superficial, el encogimiento interno y el tamaño de grano del de l metal. El control sobre la concha cerámica y de la fusión del metal deberán de trabajar en sinergia para obtener las condiciones para producir piezas fundidas de calidad de manera consistente. La viscosidad del slurry, se define como:
“ La medida de la fricción interna del slurry” Para este proceso se mide utilizando la copa Zahn No. 5, sus dimensiones son expresadas en segundos, siendo una medición que permite predecir, la manera como el slurry fluye y en una acepción mas extensa, que tanto permanecerá sobre el ensamble de cera ( alimentador principal- alimentadores a pieza- molde). El
slurry remanente sobre el ensamble de cera después de que esta es drenada es el soporte para la concha cerámica. Una propiedad muy importante del slurry es conocida como Tixotropía, la cual define como el slurry fluye bajo condiciones cambiantes de corte (shear), cuando un slurry es drenado, este dejara una película de un espesor definido, y un slurry con una Tixotropía mas alta será mas viscoso por tanto el corte se disminuye, dejando impregnada una película gruesa. El método que se utiliza para la medición indirecta de la Tixotropía y el espesor de la pelí pelícu culla deja dejada da es llamad amado o Peso Peso de la Plac Placa, a, y est esta def definid inido o en el procedimiento de prueba 720- 79, del Investment Casting Institute. Adicionalmente a lo anterior, para alcanzar las máximas propiedades de la concha cerámica, es importante tener controles del ambiente del área de trabajo, debido a que el movimiento del aire es un factor critico y debe de fluir en todas las direcciones del molde- concha, a una velocidad mínima de 150- 200 pies por minuto, el contar con una humedad relativa baja acelerara el proceso de secado. La influencia influencia de la granulometri granulometria a es muy significati significativa va en la preparación preparación de los slurries, como regla general a mayor finura del material, este se humectara mas rápidamente y su estabilización será mejor y más rápida. Un slurry de un material refractario tendrá una viscosidad mas baja, con un tiempo de mezclado mayor, no importando su granulometria. La distribución de partícula afecta la densidad de vaciado (Tap Density), la cual esta definida definida como la máxima máxima densidad densidad de una mezcla mezcla refractaria refractaria que ha sido vibrada o sacudida para lograr una compactación máxima, esta mezcla refractaria al mezclarse con el binder, da como resultado un producto con consistencia como cemento.
RECUBRIMIENTO DE REFRACTARIOS Y STUCCOS Se utiliz utilizan an princi principal palmen mente; te; la Zirconi Zirconia, a, Sílice Sílice Fundid Fundida, a, Materi Material al de Tipo Tipo Silico Silico Aluminoso, y su propósito es el de adherirse al binder para generar un cuerpo cerámico que servirá como molde para el metal fundido. Algunas consideraciones que se deben de tomar en cuenta para la selección de la aplicación de estos materiales son las siguientes:
Zirconia: Es escogido como slurry primario y stucco, debido a que tiene una naturaleza no reactiva con los metales más comunes y su habilidad para congelar “chill” el metal dentro del molde. Es el material de más alta densidad de entre los refractarios convencionales, y es utilizado en combinación con Silica Fundida en los slurries primarios, su uso no esta limitado solamente a las aleaciones metálicas de alto punto de fusión, ya que se utiliza ampliamente en aleaciones de cobre y de aluminio ya que su resistencia a la alta temperatura temperatura alcanza hasta 3200°F. Este mine mineral ral refra refract ctari ario o ofrec ofrece e propi propieda edade dess simi simila lares res a las las de la Alúmina: Este Zirconia, excepto que tiene una resistencia al calor menor de hasta 2600°F.
Sílice Fundida: Se selecciona como slurry primario y stucco, tiene una resistencia superior y facilidad para el desmoldeo. Las conchas cerámicas de este material tienen una mejor estabilidad dimensional, y son muy estables en cuanto expansión térmica. Presenta un excelente desempeño en todas las aleaciones más comunes. Se utiliza también en combinación con la Zirconia como slurry primario para aleaciones de alta temperatura de vaciado. Silico Aluminoso: Se selecciona para utilizarse como stucco de soporte y/o como refractario debido a su bajo costo. Debido a su bajo contenido de alúmina, este material puede “abombarse”, debido a la temperatura y a la presión del metal de la pieza vaciada. La expansión térmica del material Silico- Aluminoso es mayor que la de la Sílice Fund Fundid ida, a, por por tal tal moti motivo vo las las piez piezas as fund fundid idas as pres presen enta tan n la tend tenden enci cia a a ser ser ligeramente más grandes. Las conchas cerámicas de este material presentan una dificultad dificultad mayor mayor para removerse removerse de las piezas piezas fundidas, fundidas, que que las de material material de sílice fundida. La Alúm Alúmin ina a y la Zirc Zirconi onia a ofrec ofrecen en una una más más baja baja react reactiv ivid idad ad con los los meta metale less vaciados que la Sílice.
REFRACTARIOS USADOS EN EL ICP. TIPO
COMPOSICION QUIMICA
Sílice Fundida Cuarzo Circón Alúmina Silico Aluminoso Zirconia
Oxido de Silicio Oxido de Silicio Sulfato de Zirconia Oxido de Aluminio Alúmina- Sílice Oxido de Zirconia
DENSIDAD ( g / ml ) 2,20 2,65 4,60 3,49 2,64 – 2,88 5,68—6,10
PREPARACION PREPARACION DEL MOLDE CERAMICO ( INVESTMENT) El procedimiento típico para preparar la concha cerámica es el siguiente: 1° Slurry Primario:
Binder + Harina con una viscosidad de 18-20 segundos de copa Zahn No.5
2° Slurry de Soporte: Binder + Harina con un tiempo de secado al al aire de 1,2, 3 horas / Humedad Relativa de 45 – 50% / Temperatura de 72° +/- 2 °F / Movimiento del Aire 30- 200 ft x minuto. 3° Stucco: Arena Refractaria + Sellador La secuencia de Inmersión es: 1 Primario, 6 de Soporte, 1 Sello
FUNDICION DE LA CERA Y EVACUADO DEL MOLDE. Una vez que la pieza cerámica cerámica a secado lo suficiente suficiente para poder ser manipulada, manipulada, esta es introducida dentro de un horno autoclave, con el propósito de que se termine el secado del molde y aprovechar el calor para fluidizar la cera y vaciar por gravedad la cera del molde cerámico, esto se lleva a cabo a una temperatura aproximada de 275 a 285 °F, posteriormente se incrementa la temperatura de la concha cerámica cerámica a fin de generar una liga cerámica que le de alta resistencia resistencia a la temperatura y que permita sinterizar algunas partículas finas del refractario e incrementar su resistencia mecánica y a la abrasión.
VACIADO DE LA PIEZA METALICA FUNDIDA Una vez que las conchas cerámicas estas se colocan en el área de vaciado del metal líquido, en una alberca de arena refractaria con la finalidad de que si se llega a reventar por la presión hidrostática del metal la concha cerámica el metal líquido se inmediatamente captado. No existen practicas especiales recomendadas del proceso de fusión del metal líquid líquido, o, pero pero el contro controll del proceso proceso en composi composició ción n químic química, a, tempera temperatur tura a de vaciado vaciado,, desoxi desoxidac dación ión,, tratam tratamien ientos tos químic químicos os para para mejorar mejorar las propie propiedade dadess mecánicas, se deben de llevar a cabo adecuadamente ya que el proceso de Investment Casting no permite corregir deficiencias del proceso de fusión.
DESMOLDEO Y ACABADO ACABADO DE LA PIEZA FUNDIDA POR ICP Una vez que la pieza vaciada ha solidificado y enfriado, se procede a romper la concha cerámica con la finalidad de extraer la pieza vaciada, esta operación se puede hacer de manera manual ó con la ayuda de algún tipo de vibrador que fracture la concha cerámica y la desmorone, esta operación debe de ser realizada con cuidado extremo con la finalidad de no causar daño a la pieza vaciada por ser esta una pieza de precisión o para ser utilizada en alguna función critica.
CORTE Y ESMERILADO DEL ARBOL. Aunq Aunque ue esta estass oper operac acio ione ness son son de una una gran gran impo import rtan anci cia, a, en ocas ocasio ione ness el efec efectu tuar arla lass sin sin el cuid cuidado ado nece necesar sario io trae trae como como cons consecu ecuen enci cia a el afec afecta tarr la integridad física de las piezas fundidas. Para cortar las piezas del árbol formado por por los los alim alimen enta tado dores res de la piez pieza a fundi fundida da es nece necesa sari rio o util utiliz izar ar prod product uctos os abrasivos que deben de ser seleccionados y utilizados de manera adecuada. Los Los tres tres fact factor ores es más más impo import rtan ante tess a cons consid ider erar ar para para obte obtene nerr una una cali calida dad d consistente son:
Pieza de Fundición Vaciada ( Casting): • • •
Dureza Ductilidad Tamaño del Alimentador Principal.
•
Forma del Alimentador Principal.
Rueda Abrasiva (Abrasive Wheel) • • • • •
Tipo de Abrasivo Tamaño del Grano ( Grit Size) Dureza Tipo de Liga Tipo de Refuerzo
Maquinaria Utilizada • •
Velocidad Periférica Velocidad de Corte
Nota La selección y uso correcto del equipo de protección personal y del equipo auxiliar de proceso y colección de polvos, es mandatario para garantizar que la actividad se llevara a cabo de una manera segura y efectiva.
DEFECTOS DE FUNDICION DEBIDO AL ICP Porosidad: La formación de hoyos redondos en la pieza fundida originados por burbujas de aire en el cuerpo de cera, debido a aire atrapado durante la inyección del molde de cera ó por aire introducido dentro del molde con la cera. Son generadas oquedades de tipo sopladura en el slurry, cuando se generan burbujas por la evolución de gas con aumento de volumen por el calentamiento de la concha cerámica durante el horneado de la cera. Esta situación es posible corregirla verificando a contraluz “huecos” en el molde de cera y posteriormente “res “resan anar ar”” con con una una herr herram amie ient nta a con con calo calorr los los huec huecos os dete detect ctad ados os,, lo mas mas conveniente para eliminar este retrabajo es el eliminar el aire atrapado desde la fuente del origen. Incorrecto Llenado del Molde de Cera: Originado por utilizar una presión baja de inyección. Cuando existe una alta presión de sujeción del molde se cierran los orificios de ventilación “vents” y ocasiona que el aire quede atrapado dentro del molde de cera.
• •
Deformación del Molde de Cera: Cuando se utiliza una alta presión de inyección, si se tiene una incorrecta sujeción (clamping), en las dos mitades del molde metálico. Superficie Superficie Rugosa ó Granulosa Granulosa: Esta situación se presenta por el uso de talco como antiadherente, el cual por ser mas ligero que el metal fundido flotara hacia la superficie del metal líquido. Si se tiene esta practica se recomienda utilizar harina de arroz o almidón de maíz los cuales tienen una quema limpia. Cavidades por Spray de Silicón : Este defecto es causado porque cuando se utiliza el spray de silicón como desmoldeante en el molde metálico ó debido a que la cera cera es inye inyect ctad ada a dent dentro ro del del mold molde e ante antess de que que este este comp compue uest sto o este este completamente seco. Contaminación por Material Extraño ó Suciedad : Estos materiales materiales se detectan detectan como inclusiones de material o como defectos de inclusiones o de sopladuras debidas a grasa o aceites. Cera Contaminada con Humedad: Si se tiene un buen cuidado de la cera durante su manejo y almacenamiento, la principal fuente de humedad de la cera proviene del aire comprimido.
CUADRO COMPARATIVO DE PROCESOS METALURGICOS
DISEÑO/ CARACTERISTICA DEL PROCESO MANTENIMIENTO DE TOLERANCIAS LIBERTAD DE DISEÑO COMPLEJO
INVESTMENT CASTING Y MAQUINADO
MAQUINADO DE SÓLIDO
MOLDE PERMANENTE Y MAQUINADO
ARENA Y MAQUINADO
SHELL Y MAQUINADO
FORJA Y MAQUINADO
PAILERIA/ SOLDADURA
POLVO SINTERIZADO
DIE CAST
ALTO
MUY ALTO
MEDIO
BAJO
MEDIO
MEDIO
MEDIO
ALTO
ALTO
MUY ALTO
ALTO
MEDIO
MEDIO
MEDIO
BAJO
ALTO
BAJO
ALTO
MUY AMPLIA
AMPLIA
ESTRECHA
MEDIO
MEDIO
MEDIO
ESTRECHA
AMPLIO
MUY ESTRECHA
TIEMPO DE ENTREGA/ 1ª PZA.
MEDIO
CORTO
LARGO
MEDIO
MEDIO
LARGO
LARGO
LARGO
LARGO
APARIENCIA
ALTA
MUY ALTA
MEDIA
BAJA
MEDIA
BAJA
BAJA
ALTA
ALTA
SELECCIÓN DE MATERIAL
BIBLIOGRAFIA: 1 A GUIDE TO BINDER AND REFRACTORY REFRACTORY CHOICES RANSOM & RANDOLPH 2 WAX INJECTION EQUIPMENT REMET CORP. 3 PROCESS COMPARISON CHARTS
INVESTMENT CASTING INSTITUTE
4 FACTORS AFFECTING SLURRY RHEOLOGY GLENN SCHIEFELBEIN AND MANUEL GUERRA TECHNNICAL PAPER, FEBRUARY 1991 REMET CORP. 5 ALUMINA AND ZIRCONIA BINDERS R.C. FEAGIN TECHNNICAL PAPER, OCTOBER 1981
REMET CORP.
BIBLIOGRAFIA: 1 A GUIDE TO BINDER AND REFRACTORY REFRACTORY CHOICES RANSOM & RANDOLPH 2 WAX INJECTION EQUIPMENT REMET CORP. 3 PROCESS COMPARISON CHARTS
INVESTMENT CASTING INSTITUTE
4 FACTORS AFFECTING SLURRY RHEOLOGY GLENN SCHIEFELBEIN AND MANUEL GUERRA TECHNNICAL PAPER, FEBRUARY 1991 REMET CORP. 5 ALUMINA AND ZIRCONIA BINDERS R.C. FEAGIN TECHNNICAL PAPER, OCTOBER 1981
REMET CORP.
6 ENHANCED BINDER SYSTEMS FOR FOR THE INVESTMENT CASTING INDUSTRY JEFFEY C. NILES TECHNNICAL PAPER, MARCH 1995 REMET CORP. 7 THE CHARA CHARACTER CTERISA ISATIO TION N OF CASTIN CASTING G WAX WAX RHEOLOG RHEOLOGY Y HARVEY FIEDLER M. ARGUESO & Co. Inc. 8 MODERN MODERN CERAMIC CERAMIC ENGINE ENGINEERI ERING NG ( PAGE PAGE 190) 190) D. W. RICHERSON 9 AUTO UTOMAT MATION ION OF THE CUT OFF PROCESS IN THE INVESTMENT CASTING INDUSTRY R.P. EGAN & S.R. MURTAGH I.C.I. PAPER 2005 10 FINDING FINDING FLAWS FLAWS / IDENTIFYIN IDENTIFYING G AND PREVENTING PREVENTING WAX DEFECTS J. TYLER TEAGUE
APENDICE A – CONTROL DE PROCESO 1. Todos Todos los material materiales es utiliza utilizados dos en el proceso proceso deben de ser pesados pesados con básculas adecuadas y calibradas con la periodicidad necesaria. 2. El slurry slurry puede tener tener una larga vida, vida, si este se controla controla adecuada adecuadamen mente, te, para asegurarse de la uniformidad uniformidad del binder, mézclelo en su condición condición de concentrado antes de utilizarlo en el proceso. 3. Cuando Cuando prepare prepare Slurry Slurry Primari Primario, o, no es necesar necesario io adicion adicionar ar agua, en caso de ser ser nece necesa sari rio o repo repone nerr el agua agua perd perdid ida a por por evap evapor orac ació ión, n, util utilic ice e exclusivamente agua destilada o deionizada, ya que otro tipo de agua puede contener minerales que afecten la reologia del slurry. 4. Cuando al preparar preparar un nuevo nuevo slurry, slurry, la viscosid viscosidad ad se increment incrementa a debido a la adición adición de más material refractario refractario o disminuye debido a la adición de más binder, se deberá primero estabilizar el nuevo slurry antes de utilizarlo en producción. El nuevo slurry se considera estabilizado al cumplir la siguiente condición; No se debe de tener una variación mayor de un segundo en la medición con la copa Zahn, cuando es medida en intervalos de dos horas. 5. La viscosidad viscosidad del del Slurry deberá deberá de ser ser verificada verificada al menos menos al inicio inicio de cada cada turno de producción, en caso de que la viscosidad se haya incrementado por las perdidas de agua por evaporación, de puede ajustar la viscosidad mediante la adición de agua destilada o deionizada, el agua de la llave puede conducir a una gelación anticipada. 6. La dens densid idad ad del del Slur Slurry ry se debe debe de veri verififica carr desp despué uéss de que que se haya hayan n realizado los ajustes de la viscosidad y el slurry ha sido estabilizado. Como regla general general la densidad densidad del slurry slurry deberá de mantenerse mantenerse a + 0,02 g /cc de la dens densid idad ad del slur slurry ry inic inicia ialm lment ente e prep prepara arado do.. En caso caso de que que la medición de la densidad indique una desviación fuera de este rango, se deberá de proceder a efectuar una medición del contenido de sólidos y una prueba de gelación. 7. Es recom recomen endab dable le veri verifificar car el cont conten enid ido o de sóli sólidos dos con con una una frec frecuen uenci cia a sema semana nal,l, basá basánd ndos ose e en las las cond condic icio ione ness del del proc proces eso o prod produc uctitivo vo,, la utilización de condiciones de premojado, cantidad de moldes producida, etc. 8. Cerc Cerció ióres rese e que que el molde molde este limpi limpio o y libre libre de sili silicon cones es húmedo húmedos, s, y de otros contaminantes. 9. No es siempre siempre necesa necesario rio el uso de premoja premojado do del molde molde de cera, antes antes de la apli aplica caci ción ón del del slur slurry ry prim primar ario io.. En caso caso de que que el prem premoj ojad ado o sea sea nece necesa sari rio, o, util utilic ice e sola solame ment nte e bind binder er sin sin conc concen entr trad ado o de refr refrac acta tari rio. o.
Cerciorase que el control de los sólidos del premojado sean los mismos que los del slurry, para evitar no compatibilidades. 10. 10. El premo premoja jado do util utiliz izan ando do bind binder er dilu diluid ido o es recom recomend endad ado o entr entre e cada cada aplicación del slurry primario, el binder deberá de ser diluido a un máximo de 24% de sólidos. Después de la aplicación del premojado, se debe de verificar que no queden acumulaciones de líquido sobre el molde de cera. Si se util utiliz iza a un segu segund ndo o slur slurry ry prim primar ario io,, y este este tien tiene e una una mas mas baja baja viscosidad, viscosidad, el uso de un premojado premojado no es recomendable. recomendable. Cuando se utilice un segundo slurry primario, este deberá de ser del mismo tipo tipo que el slurry utilizado inicialmente. 11. En caso de que el slurry este generando espuma o tenga aire entrampado, lo cual es causa de debilitar a la concha conc ha cerámica, proceda como sigue: a. Veri Verififiqu que e que que la propel propela a (hél (hélic ice) e) del del agit agitad ador or no este este genera generando ndo un vórtice, ya que esto es debido a una velocidad de agitación excesiva. b. La propela propela no esta esta girando girando de manera manera continu continua, a, lo cual impid impide e que el aire entrampado sea expulsado y puede causas un sobrecalentam sobrecalentamiento iento del slurry, (generalmente se usa la practica de operar por espacio de cinco minutos y detener la agitación por espacio e spacio de cinco minutos). c. Verificar Verificar si increme incrementan ntan los sólidos sólidos del binder, binder, ya que que cuando cuando los sólidos sólidos están por debajo del rango de control, se afectan adversamente las características de antiespumado, pudiendo ser causa de gelación del binder, y de una viscosidad inestable, lo cual puede ser causa de que se presenten defectos de fundición. 12. No utilice nunca agentes humectantes o antiespumantes, no compatibles con los materiales que utiliza regularmente. 13. El rango de temperatura recomendado para mantener el slurry es dentro de 3° C, y no mayor de 6°C por debajo de la temperatura ambiente, para los slurries convencionales de Silica Coloidal. 14. La bitácora de control de proceso, en la cual se reporten los ajustes de slur slurry, ry, bind binders ers,, agua agua y cual cualqui quier er otro otro ajust ajuste e reali realiza zado, do, así como como los los resultados de las verificaciones que se efectúen durante la operación del proc proces eso, o, prop propor orci cion onar aran an una una impo import rtan ante te fuen fuente te de info inform rmac ació ión n del del comportamie comportamiento nto actual y futuro futuro del proceso y permitirá permitirá anticiparse anticiparse a las posibles desviaciones que se pudieren presentar. 15. 15. Los Los equi equipo poss de proc proces eso o tale taless como como;; tanq tanque ues, s, prop propel elas as y vari varillllas as,, herramientas de prueba, contenedores, deberán de ser enjuagados muy bien bien ante antess de que que los los comp compon onen ente tess del del bind binder er se sequ sequen en sobr sobre e su superficie y sea difícil poderlos retirar.
16.Cuando se prepare un slurry, siempre adicione el material refractario al final, en caso de que se utilice más de un tipo de material refractario, siempre debe de ser adicionado el de menor densidad primero. La adición del material refractario debe de hacerse muy despacio para asegurarse que se integre a la mezcla y que se estabilice el slurry adecuadamente.
