Manual-Fundicion-2016.pdf

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE SAN LUIS POTOSÍ FACULTAD FACULTA D DE INGENIERÍA INGENIERÍA ÁREA ÁRE A DE METALURGIA META LURGIA Y MATERIALES MATERIA LES

FUNDICION PRÁCTICAS PRÁCTICAS DE LAB L ABORATORI ORATORIO O

ING. NORA EDITH CERON ARENAS. MC ALONSO DE LA GARZA SANMIGUEL

SAN LUIS L UIS POTOSÍ, POTOSÍ, S. L. P., JULIO, JUL IO, 2016.

DATOS DEL ALUMNO:

NOMBRE: Paterno.

Materno.

Nombre(s).

HORARIO: Día.

Hora.

MÉTODO DE EVALUACIÓN DE CADA PRÁCTICA: 1. El alumno deberá cumplir con el 100% de asistencia a las sesiones de la práctica. 2. Se permitirá, solo en una ocasión, cubrir una inasistencia y desarrollar el contenido de una práctica en el horario de otra brigada de trabajo. En caso de no participar en el desarrollo de una práctica, por inasistencias no justificadas, se reportará SA. 3. Se deberá cumplir con 2/3 de la asistencia al curso en el semestre para acreditar el laboratorio; es decir, 2/3 de las calificaciones deberán ser numéricas. 4. La calificación de una práctica de laboratorio se determinará de acuerdo a los siguientes aspectos y su ponderación: 50% por participación y comportamiento en el desarrollo de la práctica de laboratorio. 25% Manual de prácticas de laboratorio completamente calificado. 25% Reportes completos subidos en tiempo y forma en la plataforma moodle. 5. La calificación mínima para acreditar el laboratorio es 6.0 (o 60%).

DATOS DEL ALUMNO:

NOMBRE: Paterno.

Materno.

Nombre(s).

HORARIO: Día.

Hora.

MÉTODO DE EVALUACIÓN DE CADA PRÁCTICA: 1. El alumno deberá cumplir con el 100% de asistencia a las sesiones de la práctica. 2. Se permitirá, solo en una ocasión, cubrir una inasistencia y desarrollar el contenido de una práctica en el horario de otra brigada de trabajo. En caso de no participar en el desarrollo de una práctica, por inasistencias no justificadas, se reportará SA. 3. Se deberá cumplir con 2/3 de la asistencia al curso en el semestre para acreditar el laboratorio; es decir, 2/3 de las calificaciones deberán ser numéricas. 4. La calificación de una práctica de laboratorio se determinará de acuerdo a los siguientes aspectos y su ponderación: 50% por participación y comportamiento en el desarrollo de la práctica de laboratorio. 25% Manual de prácticas de laboratorio completamente calificado. 25% Reportes completos subidos en tiempo y forma en la plataforma moodle. 5. La calificación mínima para acreditar el laboratorio es 6.0 (o 60%).

CONTENIDO Página PRÁCTICA 1

FORMA Y TAMAÑO DE GRANO DE ARENAS

1

PRÁCTICA 2

IDENTIFICACION DE ARCILLAS DE MOLDEO.

5

PRÁCTICA 3

PROPIEDADES DE LA ARENA EN VERDE.

8

PRÁCTICA 4

ARCILLA ACTIVA EN ARENA EN VERDE.

11

PRÁCTICA 5

MODELOS PARA FUNDICION

13

PRÁCTICA 6

EFECTO HUMEDAD - RESISTENCIA A LA COMPRESION EN VERDE.

15

PRÁCTICA 7

MOLDEO CON ARENA EN VERDE

17

PRÁCTICA 8

MOLDEO CON SILICATO DE SODIO

19

PRÁCTICA 9

PROPIEDADES DIMENSIONALES DE PIEZAS VACIADAS

22

PRÁCTICA 10

FUNDICION A LA CERA PERDIDA

24

PRÁCTICA 11

FUNDICION DE UNA ALEACION DE ALUMINIO

28

PRÁCTICA 12

FABRICACION DE HIERRO NODULAR

31

PRÁCTICA 13

VISITA A FUNDICIÓN DE HIERRO VACIADO

37

PRÁCTICA 14

SIMULACION DE SOLIDIFICACION

43

PRÁCTICA 15

SIMULACION DEL LLENADO DE UN MOLDE

48

Laboratorio de Fundición

PRÁCTICA 1. FORMA Y TAMAÑO DE GRANO DE ARENAS. CALIFICACIÓN CAL IFICACIÓN ____________ ____________ OBJETIVO.

Conocer el origen mineralóg mineralógico ico de la arena, su clasificación por tipo y tamaño. De acuerdo a lo anterior seleccionar la arena más apropiada en fundición INTRODUCCIÓN.

El termino arena generalmente se asigna a las sustancias minerales constituidas por agregados pétreos, cuyo diámetro varía entre 1/16 de mm a 2 mm, no importando su composición química exacta, pero la constituye en su mayoría el cuarzo (dióxido de silicio). Los depósitos de arena sílice generalmente se originan por la erosión gradual de rocas del tipo de areniscas, cuarcitas, granitos y riolitas, en donde la composición de sílice es abundante. La especificación de SiO2 o agregados de cuarzo, en casi todas las ramas industriales exige un contenido superior al 98 % y las impurezas en conjunto no deben rebasar el 2%. Tipos de arena de acuerdo a su forma geométrica: Redonda Angular Subangular Compuesta FORMA DE GRANO ANGULAR Es una arena normalmente fragmentada con bajos periodos de exposición al aire, lluvia o a las corrientes marinas, por lo que presenta aristas planas. Produce problemas de sopladuras, defectos por expansión de arena y fracturas en caliente de piezas, ocasionadas por altas resistencias..

Fotografía. 1 Arena de grano angular. 1


FORMA DE GRANO REDONDO Arena de bordes redondeados y con una apariencia esférica, desarrolla muy buena permeabilidad para el moldeo en verde. Requiere mínimas cantidades de aglutinante y tiene una tendencia menor alas sopladuras.

Fotografía. 2 Arena de grano redondo. FORMA DE GRANO SUB-ANGULAR Muestra caras y bordes redondeados, pero también observa picos, vértices y caras planas, o en forma de poliedros. Es la combinación de las 2 formas anteriores de grano. Este tipo de arena es buena también para la formación de corazones.

Fotografía. 3 Arena de grano subangular Existen otras arenas que son útiles en la industria de la fundición y no están compuestas de sílice algunos de estas se muestran en la Tabla 1.

2


CARAC TIPO ARENA

SILICA

ZIRCONIO

FORMULA MOLECULAR

SiO2

ZrO2*SiO2

TIPO DE YACIMIENTO

SEDIMENTARIO MAGMATICO

SEDIMENTARIO

SEDIMENTARIO

ERSTRUCTURA CRISTALINA

HEXAGONAL

CÚBICO

ESPINEL

DUREZA

6.0

7.5

PESO ESPECIFICO

2.7

4.7

DENSIDAD APARENTE

1.3-1.5

PUNTO DE FUSIÓN. ºC

CROMITA

OLIVINO

(FeMg)O*Cr 2O3 2(Mg*Fe)O*SiO2 VULCANOGENICO

ALUMINA Al2O3*SiO2 SINTETICO ARTIFICIAL

ROMBOEDRICO ROMBOEDRICO 7.0 – 7.5

7.0

4.5

3.2 – 3.6

2.6

2.8 – 3.0

2.7 – 2.9

1.7 – 2.0

1.45

1750

(2200)

(1950 – 2040)

(1750)

EXPANSIÓN TERMICA

1 ESTANDAR

1/3

2.0

½

2.0

FORMA DE GRANO

REDONDO ANGULOSO

REDONDO

POLIGONAL

POLIGONAL

POLIGONAL

VALOR PH

5.5-7.4

6.4

7.0 – 8.0

7.0 – 8.0

7.0 – 7.5

MATERIAL Y EQUIPO.

Microscopio óptico. Equipo Rotap. Cámara digital. Manuales de procedimientos de CCIM PROCEDIMIENTO.

1. Identificar los tipos de arena que se encuentran en el muestrario, de acuerdo al procedimiento CCMS-04 página 61 y 62. 2. Tomar fotografías de las muestras de arena e identificar el tipo de grano. 3. Realizar un análisis granulométrico a una muestra de arena según el procedimiento CCM-03 página 57 Y 58. 4. Presentar la identificación de los tipos de arena del muestrario, Anexar fotografías, tabla y grafico de análisis granulométrico

3


CUESTIONARIO. (Subir a plataforma Moodle en formato pdf)

a. ¿Cuál es la forma de grano más recomendado?, de acuerdo a lo siguiente. Resistencia del molde Permeabilidad a los gases del molde Fluidez de la arena en el moldeo Menor cantidad posible de aglutinante b. De acuerdo a la tabla1, anote la arena más adecuada, conforme a lo siguiente. Refractrariedad Exactitud dimensional del molde Aglutinante químico alcalino Menor costo c. Anexar la hoja técnica de arena blanca para uso en moldes de fundición de la empresa SOM, ref: http://som.cl/indsom/ d. Anota comentarios y conclusiones personales

____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ ____________________________________________ 4


PRÁCTICA 2. IDENTIFICACION DE ARCILL AS DE MOLDEO.

CALIFICACIÓN __________

OBJETIVO.

Diferenciar en laboratorio las 2 arcillas más comúnmente empleadas para aglutinar la arena en el proceso de moldeo en verde, la bentonita cálcica y la bentonita sódica y comprobar el efecto que ambas bentonitas proporcionan a las propiedades en los moldes. INTRODUCCIÓN.

Las bentonitas tienen propiedades que hacen que sus usos sean muy amplios y diversos, las aplicaciones industriales son: - -

Como aglomerante en arenas de fundición. Peletización de menas Absorbentes. Ingeniería civil – material de sellado

Los criterios de clasificación de las bentonitas utilizados por la industria se basan en su comportamiento y propiedades fisicoquímicas; así la clasificación industrial más aceptada establece tipos de bentonitas en función de su capacidad de hinchamiento en agua. Dichas propiedades derivan principalmente de: -

Su extremadamente pequeño tamaño de partículas. (Inferior a 2 m) Su morfología laminar.(Filo silicatos) Las sustituciones isomorficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y a la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio ínter laminar.

La hidratación y deshidratación del espacio ínter laminar son también propiedades únicas de las esmécticas, aunque la hidratación y deshidratación ocurren con independencia del tipo del catión de cambio presente, el grado de hidratación si está ligado a la naturaleza del catión ínter laminar y a la carga de la lámina. Hay dos tipos de bentonitas sódica y cálcica. La bentonita sódica se usa para fundiciones de mayor punto de fusión que la cálcica por ser más estable a altas temperaturas. La bentonita es una mezcla de arcillas en la que la principal es la montmorillonita y cuyo contenido fluctúa entre 60 y 80 % y el resto lo componen otras arcillas como la sílice y la alúmina. 5


Durante el apisonado, las capas de montmorillonita de un grano de arena, penetran en las capas de los granos que lo rodean generándose unos puentes con cargas electrostáticas que son los que mantienen unidos a los granos de la arena en el molde. MATERIAL Y EQUIPO.

Se indica en el procedimiento CCMS-22 página 112, CCMS-18 página 101 y CCMS-23 página 114 del manual del laboratorio de arenas Las medidas de seguridad se indican en el procedimiento CCMS-22 página 112 y CCMS-18 página 101 del manual del laboratorio de arenas PROCEDIMIENTO.

1.- Realizar una prueba de hinchamiento para cada muestra de bentonita según el procedimiento CCMS-23 página 115. 2.- Realizar dos mezclas de arena, una con bentonita cálcica y otra con bentonita sódica de acuerdo al procedimiento CCMS-22 página 113. Por cada mezcla se realizan 6 probetas 3.- Las probetas se analizaran de acuerdo al procedimiento CCMS-14 página 91 Y CCMS-18 página 102. CUESTIONARIO.

1.- Anotar los resultados del % de hinchabilidad. (Manualmente a continuación)

6


2.- Tabular y graficar los datos obtenidos.

3.- Anota comentarios y conclusiones personales. (Manualmente a continuación) y después subir el reporte en formato pdf en la plataforma.

7


PRÁCTICA 3. PROPIEDADES DE LA ARENA EN VERDE.

CALIFICACIÓN ____________

OBJETIVO.

Conocer las principales propiedades físicas y químicas de una mezcla de arena para el moldeo en verde. Aprender a manejar el equipo que se utiliza para analizar las principales propiedades de la arena. INTRODUCCIÓN.

Es el método más común que consiste en la formación del molde con arena húmeda. La llamada arena verde es simplemente la arena que no se ha curado, es decir que no se ha endurecido, el color natural de la arena va desde el blanco hasta el canela claro, pero con el uso se va oscureciendo. La arena no tiene suficiente resistencia para conservar su forma, por ello se mezcla con un aglutinante para darle resistencia; luego se agrega agua para que se adhiera. Las especificaciones que han de cumplir las bentonitas para ser utilizadas en moldeo son: • • • • •

Contenido de agua: 6 – 12 % PH mayor a 8.2 Contenido CaO < 0.7% Resistencia a la compresión en verde : > 58 Kpa Deformación en verde: 2.5 %

Los aglutinantes utilizados en este proceso son las bentonitas y algunos otros aditivos como son el carbón marino, harina de mogul etc. Las principales propiedades del sistema de moldeo en verde son: • • • • • • • • • •

Humedad Permeabilidad Friabilidad Compactibilidad Resistencia a la compresión Dureza Arcillas activas y totales. Determinación de material combustible y volátil. Resistencia al corte Resistencia en caliente 8


El factor más crítico en la preparación de la arena de moldeo verde es el porcentaje de humedad, que de acuerdo a la prueba de compactabilidad no debe exceder a un 45%, ya que este factor controla l número de rechazos de las piezas fundidas. Para la preparación de las arenas de moldeo se utiliza generalmente un molino de rodillos el cual cumple con dos funciones, mezclar y homogeneizar la carga hasta obtener las propiedades deseadas. Es la cantidad de agua presente en la arena de moldeo preparada para moldear. La falta de una adecuada humedad, causará moldes rotos o defectos en piezas por arrastre de arena. Una humedad excesiva causará porosidades por sopladuras. MATERIAL Y EQUIPO.

Se indica en el procedimiento CCMS-14 página 90, CCMS-15 página 93, CCMS16 página 95, CCMS-17 página 98, y CCMS-18 página 101 del manual del laboratorio de arenas PROCEDIMIENTO. 1. Se realizaran tres probetas por cada prueba de arena, como se indican en los procedimientos CCMS-14 página 91, CCMS-15 página 94, CCMS-16 página 96, CCMS17 página 99, y CCMS-18 página 102 del manual del laboratorio de arenas. 2. Las medidas de seguridad se indican en el procedimiento CCMS-14 página 90, CCMS15 página 93, CCMS-16 página 95, CCMS-17 página 98, y CCMS-18 página 101 del manual del laboratorio de arenas.

CUESTIONARIO.

1.- Anotar los resultados. (Manualmente a continuación)

9


2.- Tabular y graficar los datos obtenidos.


10


PRÁCTICA 4. ARCILLA ACTIVA EN ARENA EN VERDE.


OBJETIVO. Cuantificar la cantidad de arcilla que puede participar como aglutinante en la mezcla de moldeo en verde INTRODUCCIÓN.

Arcillas Totales. Es la cantidad de partículas menores a 20 micras, aquí se incluye a las bentonitas, aditivos, carbón marino, arcilla muerta y polvo de sílice. Los valores permitidos o recomendados varían dependiendo del sistema de moldeo, sin embargo, valores de 14 al 20% son recomendables. Arcilla Activa Es la cantidad de arcilla (%), que es potencialmente hábil para trabajar y que no ha sido destruida por el calor del metal. Es decir la arcilla activa es aquella (bentonita) que tiene la capacidad de hincharse y por lo tanto sigue generando fuerza de cohesión. Los valores son de 6.5 a 14 % generalmente. MATERIAL Y EQUIPO.

El material se indica en el procedimiento CCMS-11 página 79 y CCMS-13 página 87 del manual del laboratorio de arenas PROCEDIMIENTO.

Se analizará la misma muestra para determinar las arcillas totales y activas, como se indica en el procedimiento CCMS-11 página 78 y CCMS-13 página 86 del manual del laboratorio de arenas CUESTIONARIO.

1.- Anotar los resultados. (Manualmente a continuación)

11


2.- Explique la relación entre tamaño de grano de la arena de molde y cantidad de arcilla activa

3.- ¿Qué función tiene el pirofosfato de sodio que se agrega en la muestra a analizar?

4.- ¿Qué función tiene el azul de metileno en la determinación de arcilla activa?

5.- ¿Qué propiedad física se aprovecha para lograr separar el grano de arena y la arcilla en la determinación de arcillas totales?


12


PRÁCTICA 5. MODELOS PARA FUNDICION


OBJETIVO.

Comprender la importancia de los modelos, como la primera etapa de la fabricación de piezas fundidas. Elaborar un modelo a partir de un dibujo o diseño para una pieza en particular. INTRODUCCIÓN.

El modelo es la parte inicial para la fabricación de piezas obtenidas en la fundición. La técnica de fabricación de los modelos se conoce como modelismo, y se define como el arte de elaborar los modelos empleados en la fundición para el moldeo de las piezas que se han de fabricar. El modelo es un dispositivo para obtener en el molde una impresión ( huella ), correspondiente a la configuración de la pieza a fabricar, la pieza fundida se obtiene al llenar con metal fundido la cavidad del molde. Los modelos se construyen de materiales como la madera (cedro, caoba y pino) aluminio, hierro fundido, plástico, resina epóxicas y materiales gasificables como la espuma de poliuretano. El modelo debe de cumplir con ciertas características tales como: • La aptitud para el moldeo; esto se satisface mediante una buena disposición “ángulos de salida, lo que garantiza la extracción del modelo, sin arrancar parte

alguna del molde. • Precisión; la cual depende de las formas y dimensiones establecidas en el dibujo. • Resistencia; es indispensable para los modelos ya que deben conservar su forma y dimensiones originales. • Acabado; el acabado lleva consigo, especialmente, superficies lisas para que se pueda deslizar sobre la arena sin arrancarla. Para obtener piezas con las dimensiones determinadas por el diseño, el modelo debe tener medidas mayores que la pieza fundida, para la magnitud de la contracción y también sobre espesor d maquinado. MATERIAL Y EQUIPO.

Dibujo técnico de la pieza Modelo metálico de aluminio (bipartido o integral) Modelo plástico (modelo placa o unitario) Modelo gasificable (espuma de poliuretano) 13


Pieza fundida de aluminio PROCEDIMIENTO.

1.- Colocar en una mesa los cuatro tipos de modelos a estudiar. 2.- Explicar la aplicación que tiene cada tipo de modelo, dentro de los métodos de moldeo. 3.- Verificar los ángulos de salida de los modelos. 4.- Verificar las líneas de partición de cada uno de los modelos, sujetos de estudio. 5.- Evaluar la contracción lineal del modelo con una pieza fundida de aluminio y verificar las dimensiones de la pieza con el dibujo teórico de la misma. 6.- Determinar la contracción de la fundición y Comprobar resultados con los datos calculados CUESTIONARIO.

Anexe las dimensiones medidas y calculadas, con un dibujo técnico de la pieza. 1.- ¿Qué es modelo? 2.- ¿Qué es un ángulo de salida y una línea de partición? Realizar las conclusiones en base a los resultados obtenidos.

14


PRÁCTICA 6. EFECTO HUMEDAD - RESISTENCIA A LA COMPRESION EN VERDE.


OBJETIVO.

Comprobar el efecto del % de humedad sobre la resistencia a la compresión en arena verde. INTRODUCCIÓN.

Todas las propiedades de las arenas dependen de la humedad, por lo que es necesario determinarla, con la máxima precisión y en el menor tiempo posible. Por definición la humedad es pérdida de peso por desecación. El agua necesaria o de reacción química es aquella que nos permite separar las capas de arcilla proporcionándole el aglutinamiento requerido para obtener las propiedades de resistencia a la compresión. Si hay una humedad fuera de control provoca defectos tales como sopladuras, porosidad, penetración, rechupe, etc. MATERIAL Y EQUIPO.

Se indica en el procedimiento CCMS-18 página 101 y CCMS-02 página 53 del manual del laboratorio de arenas PROCEDIMIENTO.

Preparar 10 probetas ( de 1 hasta 10 % de humedad) de acuerdo al procedimiento CCMS-18 pagina 102 y realizar el análisis de resistencia. Las reglas de seguridad Se indican en el procedimiento CCMS-18 página 101 y CCMS-02 página 53 del manual del laboratorio de arenas

15


CUESTIONARIO. 1. Construir una tabla de datos y un gráfico de % humedad contra resistencia a la compresión.

2.- Explique el comportamiento de los resultados obtenidos en el punto anterior


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PRÁCTICA 7. MOLDEO CON ARENA EN VERDE


OBJETIVO.

Comprender y conocer la técnica de moldeo en arena verde para fabricar moldes manualmente. . INTRODUCCIÓN. Existen diferentes materiales para fabricar los moldes, los cuales son: • Permanentes, construidos con aleaciones ferrosas y no ferrosas. • Semipermanentes ,construidos con materiales cerámicos y en particular con

grafito. • No permanentes, también denominados “perdidos” elaborados con diversas

mezclas de arenas ejemplo moldeo en verde, proceso shell, no bake, proceso CO2, etc. Características generales de un molde: • Debe ser lo suficiente mente fuerte para sostener el peso del metal. • Debe resistir la acción de la erosión del metal que fluye con rapidez durante la

colada. • Debe generar una cantidad mínima de gas cuando se llene con el metal fundido. Los gases contaminan al metal y pueden alterar al molde. • Debe construyes de modo que cualquiera gas que se forme pueda pasar a través del cuerpo del molde mismo, pero no penetrar en el metal. • Debe ser suficientemente refractario para soportar la alta temperatura del metal a vaciar y poderse desprender con limpieza después del enfriamiento.. MATERIAL Y EQUIPO.

Se indica en el procedimiento CCMS-22 página 112 del manual del laboratorio de arenas. PROCEDIMIENTO.

Las recomendaciones de seguridad se indica en el procedimiento CCMS-22 página 112 del manual del laboratorio de arenas . Las indicaciones se indican en el procedimiento CCMS-22 página 112 del manual del laboratorio de arenas. 17


CUESTIONARIO. 1. Anexar secuencia de fotografías que den evidencia del trabajo realizado. 2. Resume a continuación la secuencia de pasos para la construcción del molde de la pieza asignada.

3. Anota a continuación el comportamiento observado de la mezcla de moldeo y la relación con las propiedades de la práctica #3.

4. Anota comentarios y conclusiones personales. (Manualmente a continuación) y después subir el reporte en formato pdf en la plataforma.

18


PRÁCTICA 8. MOLDEO CON SILICATO DE SODIO


OBJETIVO.

Comprender la ventaja y desventaja de la fabricación de corazones por medio de la técnica del proceso con silicato de sodio y CO 2(g). INTRODUCCIÓN.

Un corazón debe ser: • Permeable: Capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores • Refractario: Capacidad de soportar altas temperaturas. • Facilidad de colapso: Habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría la fundición y se contrae. • Resistencia en seco: Para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño cuando este rodeado del metal fundido. • Friabilidad: Facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad de la pieza. • Debe tener una tendencia mínima para generar gas. Clasificación de corazones Corazones de arena verde. Son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen de la misma arena del molde. Corazones de arena Seca. Son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde. En general si se usan corazones de arena verde es posible mantener un bajo costo de los modelos y de las piezas de fundición. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción.. MATERIAL Y EQUIPO.

Se indica en el procedimiento CCMS-20 página 107 del manual del laboratorio de arenas. Las medidas de seguridad se indican en el procedimiento CCMS-20 página 107 del manual del laboratorio de arenas

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PROCEDIMIENTO.

1.- La fabricación de corazones ( mezcla de arena) se realiza de acuerdo al procedimiento CCMS-20 página 108 del manual del laboratorio de arenas 2.- Realizar probetas para analizar la resistencia al doblez representativa de la mezcla con que se realizó el corazón de acuerdo al procedimiento CCMS-19 página 105 del manual del laboratorio de arenas 3.- La secuencia de la elaboración de un corazón se muestra en el procedimiento CCMS-20 página 108 del manual del laboratorio de arenas . CUESTIONARIO.

1.- Anexe a continuación secuencia fotográfica del proceso.

20


2.- Realizar una tabla que incluya los datos de la resistencia al doblez.

3.- Describa el acabado superficial de la cavidad del molde. Compare con los moldes de arena en verde

4.- ¿La resistencia al doblez puede ayudar a predecir si el corazón es colapsable y si tiene friabilidad?

5.- ¿Si no hay colapsabilidad en un corazón que pasaría con la pieza fundida?


21


PRÁCTICA 9. PROPIEDADES DIMENSIONALES DE PRODUCTOS VACIADOS


OBJETIVO.

Conocer los efectos de las contracciones que sufren las aleaciones metálicas desde el estado líquido hasta la temperatura ambiente y su efecto en las medidas finales, así como de las consideraciones que tienen que tomarse en el modelo o prototipo usado para fabricar el molde. INTRODUCCIÓN.

La mayoría de los metales son más densos en estado sólido que en estado líquido. Durante la solidificación el material se contrae. Por ejemplo las siguientes sustancias presentan los siguientes cambios de volumen durante su solidificación. MATERIAL Contracción % Al 7.0 Cu 5.1 Mg 4.0 Zn 3.7 Fe 3.4 Pb 2.7 Ga +3.2 EXPANSI N H2O +8.3 EXPANSI N .

Contracción Durante la solidificación de algunos materiales.

MATERIAL Y EQUIPO.

Arena sílice. Vernier de 14 pulgadas Modelo Horno de inducción. PROCEDIMIENTO.

1.- Usando un vernier de 14 “ medir las dimensiones del modelo que entregará en laboratorio. Considerar todas las caras, aristas y huecos. 2.- Moldear de acuerdo al procedimiento CCMS-22 página 113. 3.- Vaciar el aluminio a 760 °C. 22


4.- Cuando solidifique la pieza y este a una temperatura ambiente, limpiar la pieza, medir las dimensiones de toda la pieza. 5.- Calcular la dimensión de contracción, con la siguiente formula. ( Lc – Lf) / Lc; donde Lc es la longitud en caliente, Lf es la longitud en frío

CUESTIONARIO.

1.- Bosqueje el modelo y el producto final con las dimensiones originales del modelo y las finales del producto vaciado. Considere diferentes vistas.

2.- Anote todas las variables del proceso de fundición que influyen en el cambio de dimensiones entre el inicio del vaciado y el enfriamiento final de la pieza.


23


PRÁCTICA 10. FUNDICION A LA CERA PERDIDA


OBJETIVO.

Conocer todos los pasos para fabricar piezas pequeñas ornamentales y fincar las bases para aplicar este proceso en la fabricación de productos especiales que requieran exactitud dimensional, complejidad en la forma o de aleaciones complejas. INTRODUCCIÓN.

La Microfusión o Cera Perdida es una técnica de reproducción de piezas iguales, a partir de un modelo original plasmado en un molde metálico o de polímero donde se puede inyectar cera y obtener una gran cantidad de réplicas. Por este medio es posible reproducir cualquier diseño de piezas desde prótesis dentales o médicas, piezas complejas, piezas de joyería y ornamentales, de manera múltiple. Este proceso se puede dividir en 6 etapas diferentes: a) Original o Master b) Moldes c) Inyección de cera d) Investido e) Horneado f) Fundición a) La pieza original o Master pude ser cualquier pieza existente o fabricarse uno para este objeto: Puede hacerse directamente en metal o ser tallado en cera, y posteriormente sacar el Master en metal. b) A partir de este Master, se hace un molde de hule. El método más común consiste en forrar el master con un hule especial, centrarlo dentro de un marco metálico y colocarlo en una prensa vulcanizadora. Después del proceso de vulcanizado, se retira el hule y usado una técnica simple se corta en dos partes el molde con hojas de bisturí. c) Se le inyecta cera al molde de goma tantas veces como piezas requiera. La inyección de cera se hace con una maquina especial que se llama "inyectora de cera", la que posee un reservorio para la cera. Esta provista de un regulador de temperatura para mantener la cera a la temperatura adecuada para la Inyección, a la inyectora se le aplica en su interior aire a presión con el objeto de que la cera fundida pueda ser extraída de esta. En su exterior tiene una válvula donde se ponen los moldes para llenarlos con cera. Una vez fría la cera, se abre el molde y se saca la pieza reproducida, repitiendo el ciclo hasta obtener la cantidad de piezas requeridas. Sobre una base de goma se pone un eje de cera y se arma 24


verdadero árbol con las piezas, soldando con un cautín o espátula caliente, las diferentes piezas de cera al eje. d) Sobre la base de goma con su árbol de cera se monta un cilindro de acero llamado cubilete. Después se prepara el Investimento, es un yeso refractario que se mezcla con agua. Se llena el cubilete con el árbol, quedando este totalmente cubierto con Investimento, se pone en una máquina de vacío para eliminar las burbujas de aire. e) Una vez solidificado el Investimento, es necesario hacerle un proceso térmico ("cocido") al cubilete o cilindro, que consiste en ponerlo en un horno especial para sacar o quemar la cera y calentar el Investimento por algunas horas a la temperatura adecuada para hacer vaciado de metal. f) El proceso de vaciado de metal se hace en una máquina de vacío, o en máquinas centrifugas. La merma o perdida de metal en el proceso de fundición es de aproximadamente de 1.7 a 2.0 % de metal fundido con soplete de gas Butano y Oxigeno. Este proceso consiste en poner el cilindro caliente en el estanque de la máquina que produce vacío, se vierte el metal liquido en la cavidad dejada por la cera y el vacío "succiona" el metal hacia el interior del cilindro. Se retira el Investimento ya inservible, se cortan las piezas del árbol y comienza otra etapa que la terminación a mano o a máquina, terminando de esta forma el proceso de Microfusión o de Cera Perdida. Como resultado práctico, se ha transformado el árbol de cera en un árbol de metal. Este método de reproducción de piezas es seleccionado por diferentes motivos: Ej.: Cuando se requiere fabricar gran cantidad de piezas iguales o cuando el mismo modelo se usa permanentemente, o bien cuando reproducir piezas fabricadas a mano, una a una, tendrían un costo muy elevado por la mano de obra involucrada. También cuando se requieren muchas piezas en poco tiempo. MATERIAL Y EQUIPO.

Cera para inyección roja. Cubilete de inoxidable Base de hule para árbol con diámetro del cubilete empleado Cautín eléctrico Molde metálico para inyección de cera. Investimento cerámico. Mufla eléctrica de 1200 °C Juego de estiques para cera. Maquina centrifuga 25


Crisol de carburo de silicio Copela de barro Máquina de campana de vacío para burbujas de cerámico Pinzas Equipo de oxi-butano con soplete tipo regadera Rectificador eléctrico de 25 amp, 12 V. PROCEDIMIENTO. 1.

Colocar la cera en la cámara de la inyectora y esperar a que la luz indique haber alcanzado la temperatura

2.

Colocar el molde en la boquilla

3.

Aplicar presión con el mango para inyectar la cera.

4.

Abrir el molde y retirar pieza solidificada de cera.

5.

Colocar el tronco de cera sobre base de hule

6.

Ir ramificando las ceras sobre el tronco

7.

Preparar investimento, agregándolo sobre agua y agitando continuamente

8.

Vaciar lodo refractario sobre base de hule previamente colocado sobre cubilete

9.

Colocar dentro de campana de vacío para extraer aire atrapado

10. Esperar a que endurezca el refractario para retirar base de hule 11. Calentar mufla a 600°C 12. Colocar cubiletes en mufla y esperar a que la cera se queme y se volatilice, usando campana de extracción de vapores. 13. Colocar y sujetar copela en centrífuga 14. Cargar con liga de aleación y calentar con soplete hasta fusión 15. Usar fundente para limpiar metal líquido 16. Una vez listo el metal líquido 17. Transportar cubilete caliente desde mufla y sujetar en centrifuga 18. Liberar brazo de centrifuga y permitir la inyección de metal 19. Sacar molde con pinzas y enfriar bruscamente en una tina con agua 20. Extraer producto solidificado y realizar operaciones de corte y acabado

26


CUESTIONARIO. 1. Anexar secuencia de fotografías que den evidencia del trabajo realizado. 2. Bosqueja la pieza vaciada, indica los defectos encontrados. Presenta un dictamen del producto.

3. Identifique las variables críticas del proceso, los tiempos para cada operación y sugiera modificaciones para aumentar la productividad.

4. Relacione # vueltas de tensión de máquina centrifuga, temperatura de precalentamiento del molde, temperatura de vaciado del metal .


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PRÁCTICA 11. FUNDICION DE UNA ALEACION DE ALUMINIO


OBJETIVO.

Conocer el funcionamiento del horno de inducción de alta frecuencia y los aspectos técnicos para la fusión y tratamiento del aluminio. INTRODUCCIÓN.

El tratamiento de aluminio liquido es de suma importancia en la actualidad, sobre todo porque en industrias de gran volumen como la automotriz y de enseres domésticos cada vez incrementan más su mercado y el uso del aluminio en estas se encuentran actualmente en un incremento constante. Para asegurar una buena calidad del metal, la limpieza del metal líquido, comprende:  



Filtración para remover inclusiones ; El uso de fundentes para eliminar elementos no deseables, proteger el metal líquido de una oxidación severa, así como facilitar la separación de óxidos e inclusiones sólidas en la parte superior del metal líquido. Desgasificación para eliminar el gas disuelto en estado líquido y con esto reducir la cantidad de porosidad en el estado sólido.

Como inclusiones puede considerase los residuos de sales, óxidos provenientes del material refractarios del horno, elementos no fundidos, tierra u oxido de aluminio y lodos, estos últimos compuestos íntermetálicos de (FeMnCr). Los crisoles empleados en estos hornos son fabricados de carburo de silicio o grafito, sin embargo es muy común el uso de crisoles de hierro, debido a su bajo costo de fabricación. MATERIAL Y EQUIPO.

Horno de inducción Lingoteras de hierro colado Varilla para agitar Cuchara de vaciado Espumadera para retirar escoria Campana de extracción de gases. Fundente 28


Pastilla para desgasificar Aluminio de lingote y / o chatarra.. PROCEDIMIENTO.

1.2.3.4.5.-

Preparación del Horno. Pesar 20 Kg. de aluminio. Precalentar el crisol vacío 5 min. Cargar el horno y añadir 0.25% de fundente, del peso de la carga. Cuando la carga este fundida en un 80 %, agregar 0.25% de fundente de limpieza. 6.- Cuando la temperatura de la aleación alcance 700°C, apagar el fuego del horno. 7.- Con la espumadera retirar la escoria del caldo metálico. 8.- Desgasificar 9.- Proteger el baño metálico con fundente y dejar 3 min. En reposo. 10.- Con una varilla agitar la escoria y con una espumadera retirarla. 11.- Verificar la temperatura del metal, la cual deberá estar entre 720 – 730°C 12.- Vaciar el metal a un crisol previamente calentado, e inmediatamente vaciar a moldes o lingoteras. . CUESTIONARIO. 1. Anexar secuencia de fotografías que den evidencia del trabajo realizado. 2. Bosqueja la pieza vaciada, indica los defectos encontrados. Presenta un dictamen del producto.

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3. Estima la energía necesaria para fundir y el rendimiento obtenido con el horno de inducción.

4. Prepara una muestra metalográfica de la aleación obtenida, la velocidad estimada de solidificación y la interpretación de la microestructura obtenida. Anexa imagen.

5. Describe la norma para piezas de aluminio vaciadas en moldes de arena ASTM B26


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PRÁCTICA 12. FABRICACION DE HIERRO NODULAR


OBJETIVO.

Conocer la metodología para producir hierro nodular a escala laboratorio a partir de materiales comerciales de igual forma que como se produce industrialmente y evaluar la microestructura y propiedades del producto. INTRODUCCIÓN.

La industria de la producción de hierro fundido es una de las principales a nivel internacional. Anualmente son producidas piezas que son ensambladas y empleadas como componentes de equipos y maquinarias. La producción de hierro fundido es el triple al resto de las producciones de metales ferrosos y no ferrosos juntos, superado solo por la producción de acero laminado. Los hierros fundidos, como los aceros, son básicamente aleaciones de hierro y carbono. Los hierros fundidos contienen más carbono que el necesario para saturar la austenita a la temperatura eutéctica, por tanto, contienen entre 2 y 6.7 % de carbono. Como el alto contenido de este elemento tiende a hacer muy frágil al hierro fundido, la mayoría de los tipos manufacturados están en el intervalo de 2.5 a 5 % de carbono, además, contienen silicio del 2 al 4%, manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. La ductilidad del hierro fundido es muy baja y no puede laminarse, estirarse o trabajarse en frío o en caliente. Pero, se pueden vaciar para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad siendo poco soldables pero sí maquinables, siendo relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste. Como la fundición de piezas es el único proceso aplicable a estas aleaciones se conocen como hierros fundidos, fundiciones de hierro o, hierros colados. Aunque los hierros fundidos son frágiles y tienen menores propiedades de resistencia que la mayoría de los aceros, son baratos y pueden fundirse más fácilmente mostrando también las ventajas siguientes: -

Son más fáciles de maquinar que los aceros. Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad. En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos. Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes. Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.

Además, mediante una aleación adecuada, buen control de la fundición y un tratamiento térmico adecuado, las propiedades de un hierro fundido pueden 31


modificarse ampliamente. Los significativos progresos desarrollados en el control de la fundición han dado lugar a la producción de grandes tonelajes de hierros fundidos, cuyas propiedades suelen ser muy consistentes. El mejor método para clasificar el hierro fundido es de acuerdo con su estructura metalográfica, así, las variables a considerar y que dan lugar a los diferentes tipos de hierros fundido son: -

El contenido de carbono El contenido de elementos aleantes e impurezas La rapidez de enfriamiento, durante y después de la solidificación y El tratamiento térmico posterior

Estas variables controlan la fundición, o sea la condición del carbono y también su forma física. El carbono puede estar combinado en forma de carburo de hierro (Fe3C) o existir como carbono libre en forma de grafito. La forma y distribución de las partículas de carbono sin combinar influye en forma determinante sobre las propiedades mecánicas del hierro fundido. Estas aleaciones se clasifican por lo tanto, según el estado en que se encuentra el carbono en la microestructura, así como por la microestructura de la matriz En mayo de 1948, en el congreso anual de la American foundrymen´s Association, se anunció en forma conjunta por H. Morrough de la British cast Iron Research Association (BCIRA) y por K.D. Millis de International NickelCompany (INCO), la invención del hierro dúctil, conocido también como nodular o hierro esferoidal. El proceso fue patentado por la International NickelCompany en el año de 1949 cuando se le otorgó la licencia. Desde su aparición, la producción y aceptación por parte de los consumidores de este material ha tenido un incremento continuo a nivel mundial. Ha tenido un continuo crecimiento en Japón y Alemania, pero sobretodo en Francia donde la producción se emplea para fabricar tubos centrifugados, en tanto que en Estados Unidos su empleo se orienta a la industria automovilística. Una de las razones principales del éxito del hierro nodular, es el amplio intervalo de propiedades mecánicas que este material puede proporcionar. Por ejemplo, los valores de elongación y resistencia a la tracción pueden ser variados desde un mínimo de 18 a 25% y 400 MPa para hierros con matriz ferrítica, hasta 2% de elongación y de 800 a 1000 MPa para hierros con matriz martensítica. Desde la década de los 90, el intervalo de propiedades mecánicas disponible en los HD se ha extendido mediante la incorporación de un nuevo miembro a la familia. Este nuevo tipo se conoce como hierro dúctil austemperizado (HDA).El HDA se obtiene al dar al hierro dúctil convencional un tratamiento térmico de austempering o austemperizado. Este tratamiento potencializó el poder de utilización de los hierros nodulares, de tal forma que se considera un material estratégico para promover en las industrias mexicanas. La composición típica de un hierro nodular es: 3.6 %C, 2.5 %Si, 0.3 %Mn, 0.015%max S, y 0.06%max P. se pueden agregar otros elementos para mejorar las 32


propiedades mecánicas y para mejorar la respuesta al tratamiento térmico, especialmente piezas de fundición grandes, donde la velocidad de enfriamiento es lenta en el centro.. MATERIAL Y EQUIPO.

Horno de inducción. Campana de extracción de gases. Báscula digital (0-50kg). Olla de reacción. Olla de vaciado. Medidor de carbono equivalente, calibrado y ajustado para hierro nodular. Termopar tipo j, con indicador digital. Tarjeta de adquisición de datos Lingoteras de hierro colado. Varilla para agitar (3/8”).

Espumadera para escorificar. 1 kg grafito. 2 kg Ferro silicio al 75%. 15 g de Fluoruro de calcio como fundente 30 g Carbonato de sodio 30 kg chatarra de acero 1020. 1 kg Placa de acero dorell. 750 g Nodularizante (Noduloy). PROCEDIMIENTO.

1. Preparar 4 moldes en arena utilizando el modelo en “Y” para probetas de ensayo de tensión. 2. Habilitar un espacio para tener papel, lápiz y una calculadora para realizar los cálculos de carga y de ajuste de composición química. 3. Habilitar el horno de inducción de acuerdo al procedimiento de laboratorio, enfatizando en checar que el cuerpo del horno sea para ferrosos, verificar el estado del refractario y el correcto funcionamiento del sistema de enfriamiento, así como del sistema de refrigeración de emergencia. 4. Pesar la chatarra, si es lámina, compactarla en lo posible con la prensa de 10 toneladas. 5. Introducir la chatarra del punto anterior al horno, sin dejarla caer para evitar daños en el refractario. 33


6. Arrancar el horno a baja potencia, primer punto del control de la perilla de potencia que está ubicada en el tiristor del horno, dando un tiempo de 7 minutos, antes de pasar al siguiente punto. 7. Precalentar la olla de tratamiento usando el quemador de gas y el dispositivo de precalentamiento. el calentamiento debe ser tal que al momento de vaciar el metal fundido debe estar al rojo. 8. Siguiendo el mismo procedimiento que el punto anterior, precalentar la olla de vaciado usando el quemador de gas y el dispositivo de precalentamiento. el calentamiento debe ser tal que al momento de vaciar el metal fundido debe estar al rojo. 9. Incrementar gradualmente la potencia y supervisar la etapa de fusión, la cual tarda aproximadamente 40 minutos. 10. Una vez fundido el material, checar la temperatura del baño, sumergiendo el pirómetro de inmersión, previamente secado en la parte superior del horno. La temperatura debe mantenerse alrededor de los 1400 - 1450 ºC. Controlar con la perilla de potencia. 11. Precalentar la cuchara, en la parte superior y obtener una muestra para vaciar en la copa del medidor de carbono equivalente. 12. De acuerdo a la lectura anterior hacer ajustes en la composición química. 13. Remover el azufre con 30 g de Ca 2CO3. 14. Subir temperatura del baño a 1500 ºC. 15. Bajar la potencia al mínimo. 16. Agregar el escorificante y remover la escoria, en el lugar previamente establecido. 17. Depositar el nodularizante (noduloy) en la cavidad destinada de la olla de tratamiento y cubrir con trozos de lámina para formar el sandwich. 18. Bascular el horno de inducción para transferir el hierro fundido a la olla de tratamiento, la cuál deberá estar firmemente sujeta por dos personas y con el control de los manerales por la persona designada por el responsable del laboratorio. 19. Tapar la olla y esperar la reacción. 20. Agregar el escorificante y remover la escoria, en el lugar establecido. 21. Transferir el hierro fundido y tratado a la olla de vaciado. 34


22. Agregar Fe Si al 75% a la olla de vaciado. 23. Vaciar en los moldes previamente preparados y el sobrante en las lingoteras de hierro vaciado. 24. Se dejan enfriar los moldes, para posteriormente mandar a cortar y maquinar las probetas de acuerdo a las dimensiones estándar del ensayo de tensión ASTM E8. 25. Se preparan metalográficamente una sección transversal de la probeta, utilizando reactivo nital y registrando las imágenes digitalmente con microscopia óptica en campo claro y con contraste interdiferencial. 26. Se ensayan en la maquina universal las probetas para evaluar su resistencia a la tensión, módulo elástico, punto de cedencia al 0.2%, porcentaje de elongación. 27. Hacer una prueba de dureza Brinell. CUESTIONARIO. 1. Anexar secuencia de fotografías que den evidencia del trabajo realizado. 2. Bosqueja la pieza vaciada, indica los defectos encontrados. Presenta un dictamen del producto.

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3. Estima la energía necesaria para fundir y el rendimiento obtenido con el horno de inducción.

4. Describe la norma para piezas de hierro dúctil ASTM A 536-84 .

5. Prepara una muestra metalográfica de la aleación obtenida y la interpretación de las microestructuras obtenidas. Anexa imágenes.

6. .Anexa resultados de ensayo de resistencia mecánica y dureza brinell.


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PRÁCTICA 13. VISITA A FUNDICIÓN DE HIERRO VACIADO CALIFICACIÓN ____________ OBJETIVO.

Ofrecer al estudiante nuevos entornos de aprendizaje, más orientados a la práctica profesional para que este aprenda a desarrollar su pensamiento crítico y fortalezca su auto-aprendizaje. Especialmente después de lo aprendido en el salón de clase y lo practicado a escala de laboratorio, proyecte a su campo de trabajo con observaciones directas en una fábrica de piezas de hierro vaciado en sus diferentes aleaciones, con su gama de procesamiento, propiedades y microestructuras. Vivir en corto tiempo el ambiente de trabajo para conocer los retos, necesidades y oportunidades que existen. INTRODUCCIÓN.

El plan del curso va mucho más allá del aula y considera también por lo menos una visita técnica a una empresa fundidora. La competitividad del mundo moderno ha dado lugar a la necesidad de que el egresado de ingeniería esté más preparado para el mercado laboral y que tenga un sólido conocimiento de los procesos. La mayoría de las grandes empresas, y muchas pymes, han integrado programas de atención a estudiantes, como parte de su política social y de recursos humanos, teniendo en cuenta la contrastada utilidad de las prácticas como mecanismo de reclutamiento y selección, y sin perder de vista el retorno. la importancia de vincular el turismo pedagógico en las empresas, con la educación formal puede ser uno de los principales canales de conocimiento práctico que ofrece a los estudiantes. El turismo pedagógico consiste básicamente en viajes de estudio a entornos empresariales, y son realizadas con el objetivo de mejorar la generación de conocimiento, favoreciendo una metodología de enseñanza que facilite y mejore el proceso de enseñanza-aprendizaje, desvinculando el estilo masivo del aula expositiva y ofreciendo un ambiente distinto, donde incluso las relaciones sociales entre los estudiantes y los profesores sean menos formales. Las visitas a las empresas son de gran importancia cultural. Cuando se apoyan en técnicas y materiales para el aprendizaje, tanto puede influenciar en mejorar el aprendizaje, así como la motivación de los estudiantes. Como una metodología que puede ofrecer experiencias entre el estudiante y la empresa, el turismo pedagógico puede ser una alternativa complementaria 37


educativa de la escuela antes de tratar de desarrollar nuevas prácticas de enseñanza. Otra manera de motivar a los estudiantes El hecho de visualizar diferentes espacios del ambiente académico proporciona un nuevo sentido a los estudiantes. Entender los procedimientos operativos de una organización e intercambiar experiencias con colegas de profesión, son factores que pueden determinar una mejor participación y la aceptación por gran parte de los estudiantes. Pensando en esta variable, el laboratorio de fundición fomenta la realización de por lo menos uno de estos encuentros.

MATERIAL Y EQUIPO.

Zapatos de seguridad. Lentes de protección. Tapones auditivos. Pantalón y camisa de algodón. Casco. Identificación. Seguro social. Cámara (Previa autorización de la empresa de la visita) PROCEDIMIENTO.

La visita se realizará con la supervisión del Instructor del laboratorio, que emitirá una calificación sobre cada uno de los alumnos en cada uno de lo siguiente: -

Puntualidad a la cita Cumplimiento con las exigencias de seguridad. Respeto hacia los demás durante el transporte y estancia en la empresa. Aportaciones en la plataforma con cada uno de los temas considerados . Obedecer todas las reglas de seguridad que dicte el Profesor a cargo y el departamento de seguridad industrial. Presentación del reporte personal en tiempo y forma, considerando absolutamente todo lo indicado a continuación. En caso de no aplicar alguno de los temas, hacer mención que no se pudo obtener dicha información.

1. Consultar la página de la empresa (previo a la visita) a) Descripción de la empresa, misión, visión, historia, capacidad instalada b) Productos que fabrican (imágenes) c) Descripción general de la tecnología de la planta ( Control del proceso, Nivel de tecnología, Tecnologías de Información) d) Competidores nacionales y extranjeros. 38


2. Investigar hasta donde sea posible con las personas que atienden la visita lo siguiente: Materia prima. a) ¿Qué estrategia se sigue para abastecimiento seguro de chatarra? b) ¿Cómo se controla la identificación de la Chatarra? c) ¿Cuáles son los riesgos de una mala selección de la chatarra para la carga de los hornos? d) ¿Cuál es el Perfil de trabajo del responsable del área de materia prima? e) ¿Se utiliza arrabio ? ¿Cuál es su origen? f) ¿Tipo y origen (proveedor) de ferroaleaciones? g) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? h) Observaciones. Fusión. a) ¿Qué aleaciones utilizan en la fabricación de sus productos? b) ¿Qué eficiencia manejan en cada uno de sus hornos? c) ¿Medidas de seguridad en la operación de fusión y vaciado? d) ¿Qué aseguramiento de calidad se sigue para el uso de escorificantes, protectores de superficie, ferroaleaciones? e) ¿Tipo de refractarios de los hornos y ollas de vaciado? f) ¿Cuál es el mantenimiento de rutina de refractarios? g) ¿ Instrumentación y registro de la temperatura del baño? ¿y de vaciado? h) ¿Principales retos para el aseguramiento en la calidad del baño líquido? i) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? j) Observaciones. Moldeo / Vaciado / Desmoldeo a) ¿Ventajas y desventajas del proceso de moldeo empleado? b) ¿Cuál es la tecnología que se usa para el vaciado? c) ¿Cuál es la capacidad instalada de moldeo? d) ¿Cuáles son los principales causas de paro en la línea? e) ¿Cuál es la problemática más aguda del proceso de desmoldeo? f) ¿Perfil de trabajo para responsable de departamento? g) Observaciones. 5. Operaciones de fabricación de corazones. a) ¿Cuál es la tecnología para elaboración de corazones, materiales y equipo? b) ¿Cuáles son los defectos típicos asociados? c) ¿Existe proveedor externo de corazones? d) ¿Principales reglas de diseño para los corazones? e) ¿Cuál es el cuello de botella del proceso? 39


f) ¿Perfil de trabajo para responsable de departamento? g) Observaciones. 6. Departamento de diseño y construcción de modelos. a) ¿Cuál es la tecnología del taller de modelos? b) ¿Existe un proveedor externo de modelos? c) ¿ Principales reglas de diseño para modelos de piezas de hierro vaciado? d) ¿Cuál es el principal reto del departamento? e) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? f) Observaciones. 7. Mantenimiento. a) ¿Cuáles son los principales retos del departamento? b) ¿Existe un programa de rutina? c) ¿Se cumple con todas las necesidades de mantenimiento o se contrata servicios externos? d) ¿Existe alguna tecnología de monitoreo de la condición de maquinaria? e) ¿Se sigue alguna metodología administrativa o informática para las necesidades de mantenimiento? f) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? g) Observaciones. 8. Laboratorio de calidad de proceso y de producto terminado. a) Cuáles son las principales normas y especificaciones que piden los clientes b) ¿Cuál es la tecnología de monitoreo de la composición química? c) ¿Qué pruebas mecánicas realizan al producto? d) ¿Cuáles son las pruebas de rutina para microestructuras? e) ¿Usan pruebas no destructivas? f) ¿Cuáles son los defectos más comunes? g) ¿Cuál es el principal reto del departamento? h) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? i) Observaciones. 9. Departamento de Investigación y desarrollo. a) ¿Existe un grupo de investigación, dentro o afuera que realice investigación? b) ¿Cuál es la mejor tecnología que existe para los productos que fabrican? d) ¿Existen centros técnicos externos de servicio para algunas pruebas? e) ¿Pertenece la empresa a alguna sociedad técnica? f) ¿Cuáles son los proyectos de desarrollo? g) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? h) Observaciones. 40


10. Área de acabado y de embarque. a) ¿Cuáles son las tecnologías empleadas para dar acabado(s) al producto? b) ¿Cuál es el principal reto, hoy en día? c) ¿Cuál es el método de clasificación y de entrega de aleaciones de reproceso (metal para fusión)? d) ¿Cuáles son los principales reclamos por parte de clientes? e) ¿Existe una tecnología de punta para las operaciones de acabado? f) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? g) Observaciones. 11. Laboratorio de arenas. a) ¿ Sistema de control de calidad para propiedades de arena de moldeo? b) ¿Cuáles son los equipos empleados para medir las propiedades de la arena? c) ¿Que problemas se presentan por descontrol en las propiedades de la arena? d) ¿Existe un seguimiento del reciclaje de la arena de moldeo? e) ¿Existe alguna tecnología para mantener la calidad e la mezcla de moldeo? f) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? g) Observaciones. 12. Laboratorio de metrología. a) ¿Cuáles son los retos de exactitud dimensional de los productos? b) ¿Tecnología para evaluar dimensiones de modelos, moldes y productos? c) ¿Programa interno o externo de calibración de equipos de medición? d) ¿Principales retos para la estabilidad dimensional de los productos, esfuerzos residuales, distorsión, etc.? e) ¿ Tecnología de monitorización y control de mediciones en todo el proceso? f) ¿Perfil del puesto de trabajo para responsable de esta área? g) Observaciones. 13. Departamento de seguridad y medio ambiente. a) ¿Cuáles son los mayores riesgos en el proceso y como se evitan? b) ¿Tienen alguna auditoria por algún organismo, para garantizar la seguridad del personal? c) ¿Cuentan con alguna certificación de calidad para el medio ambiente? d) ¿Cuentan con el programa de huella de carbono? e) ¿Existe un programa de capacitación para actuar en caso de desastres? f) ¿Tienen un programa de promoción de la salud del personal? g) ¿Perfil de trabajo para responsable del departamento? h) Observaciones. 41


CUESTIONARIO.

Este reporte será construido por cada participante usando fotografías y datos compartidos en un foro de la plataforma destinado a la práctica. Cada uno utilizará la información comunitaria a su manera y plasmará sus observaciones y comentarios finales. - Anexar un croquis del proceso, con el máximo de detalles posible - Sugerir áreas de oportunidad para que la empresa pueda tener mayor eficiencia y desarrollo - Agregar información que se haya obtenido y se consideró en los puntos anteriores - Presentar observaciones y conclusiones personales. Como ejemplo se puede citar : o

¿ Grado de relación entre la visita y el curso de fundición ?

o

De lo visto en la visita, ¿Qué te gustaría que se viera con más detalle en el salón del clase ?

o

¿ Impactó en tu formación profesional ?

o

¿Se proporcionaron nuevos conocimientos prácticos?

o

¿El profesor que acompañó la visita llevó e interactuó adecuadamente con el grupo de estudiantes?

o

¿La receptividad del representante de la empresa visitada fue satisfactoria?

o

¿Qué tema abordado en esta visita llamó tu atención.

- Subir el reporte a la plataforma en formato pdf .

42


PRÁCTICA 14. SIMULACION DE SOLIDIFICACION


OBJETIVO.

Aprender a usar el paquete Click2cast para poder llevar a cabo simulaciones de solidificación de una cavidad llena de metal líquido, historia térmica desde el llenado hasta enfriamiento del producto después de la solidificación, distribución de presiones, etc. INTRODUCCIÓN.

La simulación por computadora es una técnica que usa las relaciones matemáticas involucradas en el flujo de metal líquido y la transferencia de calor durante el llenado y la solidificación, de tal manera que permite producir una historia artificial sobre el comportamiento de las variables involucradas en el proceso, como por ejemplo, la temperatura de vaciado, las propiedades físicas del material del molde, la geometría de los ductos de llenado y de alimentación, el lugar, geometría y tamaño de los alimentadores, etc. Actualmente, las industrias de fundición competentes, usan la simulación por computadora, como una herramienta de ingeniería importante para optimizar sus líneas de fabricación. Un buen número de evidencias se encuentran en revistas técnicas de fundición, donde se demuestran logros en rendimiento de metal, % defectuoso, disminución de tiempos muertos, eliminación de defectos, mejoras en las propiedades microestructurales, incremento en el conocimiento del proceso, y abatimiento de esfuerzos residuales, entre otras. Entre los programas comerciales para simulación en fundición se encuentran: AFS solid3D, CASTCAE, EKK metal casting, FLOW3D, MAGMASOFT, NOVA FLOW&SOLID, SIMTEC, PROCAST y Clicktocast. Los cuáles trabajan con diferencias finitas y elemento finito, con un precio que varía entre 1,000 y 100,000 dólares, dependiendo del alcance del software, respaldo técnico, módulos de cálculo, etc. Entre las principales características del sistema CLICK2CAST se encuentran método de diferencias finitas, con aplicación en procesos de molde con arena, moldes permanentes por gravedad y a presión y prácticamente con cualquier aleación, material de moldeo y complementos como camisas exotérmicas o templaderas. Como producto de salida ofrece gráficos con distribuciones de temperatura en diferentes tiempos, curvas de enfriamiento, velocidad del fluido, curvas de variación de velocidad, curvas de variación de presión, tiempos de solidificación y partes propensas a los defectos de contracción. 43


La simulación por computadora ha demostrado un continuo crecimiento y representa una área de oportunidad para que el ingeniero metalurgista y de materiales pueda convertirse en un experto en el manejo e interpretación de los resultados de la simulación y de esa forma desenvolverse como asesor técnico, en ventas o desarrollador, o bien, como profesional competente y comprometido con altos estándares de calidad en un empresa de fundición. Para tener éxito en lo anterior se requiere tener conocimiento de fundición, las reglas de diseño y buenas bases en la teoría de solidificación y fenómenos de transporte. MATERIAL Y EQUIPO.

Software Solidworks Software click2cast. Video instruccional de plataforma Moodle PROCEDIMIENTO. 1. Ver video de introducción al manejo de Click2cast. Videos que cubren del Paso 1 al 5. 2. Generar una pieza de sección rectangular de 30 x10 cm con escalones igualmente espaciados de 0.5,1.0, 2.0, 3.0 y 5.0 cm de alto, siguiendo las instrucciones del video para generar el dibujo en solidworks. Recordar que el archivo de dibujo solo se puede modificar en el paquete de dibujo y no en el de simulación. Por lo tanto las modificaciones que se requieran tendrán que hacerse en este punto. 3. El programa de simulación trabaja con volúmenes cerrados es decir, la parte con sus corredores, alimentadores, cavidades de sobreflujo etc. Pero todo interconectado. 4. Evite secciones muy delgadas y letras resaltadas que pudieran causar conflicto en el mallado de la pieza. 5. Guardar el archivo con formato STL, no en SLD, IGES, STEP o PARASOLID. 6. Arrancar el programa Click2cast. Seleccionar “New Project” o abrir un proyecto Click2Cast existente usando “Open project”.

7. En la ventana de directorio, identificar y seleccionar el dibujo STL 8. Seleccione las unidades del modelo ( m, cm, mm, inch ) 9. Al oprimir “Next” se activa la etapa del mallado “MESH” 10. Es necesario introducir el lugar donde va a entrar el metal líquido, usando la opción “advanced ” y dando un click en el lugar del dibujo donde se ubique la entrada “INGATE”. La entrada no puede ser más grande que la parte de la pieza donde va a estar conectada. 11. Si hay más de una entrada seleccione “Add ingate” o para remover alguna entrada use “Delete ingate” 12. Seleccione el método de mallado “MESH METHOD - ADVANCED ” y defina el tamaño

de cada elemento que integrará al volumen. Entre menor sea el tamaño del elemento mayor será el tiempo de cálculo de la computadora pero mejor será la precisión de los resultados. Por el contrario, un mallado más grueso (tamaño más grande de sus

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elementos) permitirá un menor tiempo de cálculo y menor precisión. Dependiendo de la complejidad de la pieza, se debe encontrar un balance en este paso. Use un tamaño de elementos de 2 mm. 13. La siguiente etapa es definir los parámetros del proceso. 14. Defina como material de la pieza, a partir de la lista desplegable de grupo de metal base y tipo de aleación, una aleación de aluminio tipo AC-43100 15. Introduzca la temperatura de vaciado de 700 º C 16. Defina el material como material del molde, arena en verde, a partir de la lista desplegable del tipo de material. 17. Introduzca la temperatura inicial del molde al inicio del vaciado como temperatura ambiente. 18. Para detallar el proceso de fundición puede seleccionar 19. Básico: para crear una simulación general y rápida. Solamente alimente la velocidad a la entrada del molde “velocity at the ingate” o el tiempo de llenado “filling time” de 10 segundos. 20. En la etapa de cálculo, activar análisis de solidificación.

CUESTIONARIO. 1. Recabar las propiedades de la aleación de aluminio AC-43100 por ejemplo en http://www.makeitfrom.com/material-properties 2. Presentar un reporte en pdf y subir a la plataforma. Formato para reportes de simulación. 3. Presentar imágenes de evolución de temperatura durante la solidificación de la pieza. Use la animación en la parte inferior de la pantalla para reproducir la evolución térmica de la pieza. 4. Realice un corte usando el ícono de tijeras en la parte derecha de la pantalla en el centro de la pieza y usando etiquetas (ícono en la parte derecha) identifique el centro de cada escalón y mediante el ícono de gráfica (derecha) represente en una gráfica todos los perfiles térmicos de todos los escalones. 5. Represente la fracción de sólido durante la solidificación y registre en una imagen la parte donde se puede esperar una cavidad por contracción. 6. Represente el tiempo de solidificación y registre imágenes de regiones y lugares donde puede presentarse juntas frías. 7. Obtenga una imagen de las regiones donde se puede presentar el defecto de rechupes y porosidad por contracción. 8. Active la opción de módulo de solidificación y plasme en el documento también una o varias imágenes representando este parámetro. 9. Usando el módulo de la última parte en solidificar obtenido en el punto anterior, considere agregar un alimentador. 10. Repetir desde el paso 1 el dibujo con el sistema de alimentación integrado a la pieza. Reportar las dimensiones mínimas del alimentador que aseguren la calidad de la pieza.

45


Práctica 14

Fecha

Simulación en computadora de solidificación.

Título de estudio

Realizado por:

Aleación

Dimensiones y forma de la pieza

Propósito del estudio

Proceso

Efecto (Conclusión)

Peso del producto

Título de estudio

Datos del software

Número de mallas

Criterio de evaluación

Tiempo de cálculo

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Propiedades físicas de la aleación y del molde

.

Comentarios y conclusiones finales

Referencias

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PRÁCTICA 15. SIMULACION DEL LLENADO DE UN MOLDE CALIFICACIÓN ____________ OBJETIVO.

Aprender a llevar a cabo simulaciones de llenado de molde con el software Click2cast, dinámica de movimiento del líquido durante el llenado, historia térmica, vectores de movimiento, predicción de erosión de molde, etc. . INTRODUCCIÓN.

La fundición es un proceso altamente complejo donde se combinan el tratamiento metalúrgico del baño líquido y la manera de que ese líquido procesado llegue a la cavidad del molde. La consolidación del método de los elementos finitos ha permitido que este fenómeno entre tantos otros se pueda simular con ventajas evidentes. El uso de computadoras cada vez más potentes ha permitido la creación de modelos cada vez más exactos y cercanos a la situación real. En el mundo existen diversos software comerciales para simular la solidificación en piezas fundidas como click2cast. La simulación para predecir defectos en piezas fundidas es una herramienta muy poderosa que trae consigo las siguientes ventajas: a) Disminución del tiempo de puesta a punto de una tecnología de fundición propuesta. Muchas veces este tiempo es crítico para el desarrollo de un prototipo. b) Disminución de las pérdidas materiales y energéticas, ya que cuando una tecnología se lleva a la práctica tiene un margen de error mucho menor. c) Obtención de piezas fundidas de mayor calidad. Está demostrado que todo esto conlleva a ahorros considerables para la empresa que lo utilice. Es por esto que no se concibe hoy la fundición sin la simulación, que es sinónimo de mejores piezas fundidas en menos tiempo y con un mayor aprovechamiento de metal. MATERIAL Y EQUIPO.

Software Solidworks Software click2cast. Video instruccional de plataforma Moodle. PROCEDIMIENTO. 1. Ver video de introducción al manejo de Click2cast. Videos que cubren del Paso 1 al 5.

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2. Generar una pieza de sección rectangular de 30 x10 x 2 cm, con el sistema de llenado y siguiendo las instrucciones del video para generar el dibujo en solidworks. 3. El programa de simulación trabaja con volúmenes cerrados es decir, la parte con sus corredores, alimentadores, cavidades de sobreflujo etc. Pero todo interconectado. 4. Evite secciones muy delgadas y letras resaltadas que pudieran causar conflicto en el mallado de la pieza. 5. Guardar el archivo con formato STL, no en SLD, IGES, STEP o PARASOLID. 6. Arrancar el programa Click2cast. Seleccionar “New Project” o abrir un p royecto Click2Cast existente usando “Open project”.

7. En la ventana de directorio, identificar y seleccionar el dibujo STL 8. Seleccione las unidades del modelo ( m, cm, mm, inch ) 9. Al oprimir “Next” se activa la etapa del mallado “MESH” 10. Es necesario introducir el lugar donde va a entrar el metal líquido, usando la opción “advanced ” y dando un click en el lugar del dibujo donde se ubique la entrada “INGATE”. La entrada no puede ser más grande que la parte de la pieza donde va a estar conectada. 11. Si hay más de una entrada seleccione “Add ingate” o para remover alguna entrada use “Delete ingate”

12. Seleccione el método de mallado “MESH METHOD - ADVANCED” y defina el tamaño de cada elemento que integrará al volumen. Entre menor sea el tamaño del elemento mayor será el tiempo de cálculo de la computadora pero mejor será la precisión de los resultados. Por el contrario, un mallado más grueso (tamaño más grande de sus elementos) permitirá un menor tiempo de cálculo y menor precisión. Dependiendo de la complejidad de la pieza, se debe encontrar un balance en este paso. Use un tamaño de elementos de 2 mm. 13. La siguiente etapa es definir los parámetros del proceso. 14. De la lista desplegable de grupo de metal base y tipo de aleación, seleccione una aleación de hierro colado norma alemana DIN GGG70 15. Introduzca la temperatura de vaciado de 1420 º C 16. Defina el material como material del molde, arena shell, a partir de la lista desplegable del tipo de molde. 17. Introduzca la temperatura inicial del molde al inicio del vaciado como temperatura ambiente. 18. Para detallar el proceso de fundición puede seleccionar 19. Básico: para crear una simulación general y rápida. Solamente alimente el tiempo de llenado “filling time” en 15 segundos. 20. En la etapa de cálculo, activar análisis de llenado.

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Manual-Fundicion-2016.pdf

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