|CUESTIONARIO TEMA 11 11.1 Describa las diferencias entre los moldes desechables y los permanentes. R.- Moldes desechables: que suelen producirse con arena, yeso, cerámica y materiales similares, y que por lo general se mezclan con diversos aglutinantes (agentes de unión). Una vez que la fundición solidifica, se rompe el molde para retirarla. Moldes permanentes: que se fabrican con metales que mantienen su resistencia resistenci a a temperaturas elevadas. Los moldes metálicos son mejores conductores de calor que los moldes desechables no metálicos. 11.2 Nombre los factores importantes al seleccionar arena para moldes. R.- La selección de arena para moldes implica considerar varios factores y ciertas concesiones respecto de las propiedades. La arena que tiene granos finos y redondos se puede apisonar de modo más compacto y, en consecuencia, formar un molde con superficie más lisa. Aunque la arena de grano fino refuerza la resistencia del molde, estos granos también reducen su permeabilidad (penetración a través de los poros). 11.3 ¿Cuáles son los tipos más importantes de moldes de arena? ¿Cuáles son sus características? R.- Los R.- Los tipos más importantes de moldes de arena son: verde, de caja fría y sin cocción; sus características son: 1. La caja, que soporta el propio molde. Los moldes de dos piezas constan de un molde superior y uno inferior; la unión entre ambos es la línea de partición . Cuando se utilizan más de dos piezas en un molde de arena, a las partes adicionales se les llama centros. 2. Una copa de vaciado vaciado o basín, en la cual se vierte el metal fundido. 3. Un bebedero, a través del cual el metal metal fundido fluye hacia abajo. 4. Un sistema de canales de alimentación, que llevan el metal fundido desde el bebedero hasta la cavidad del molde. Las compuertas son las entradas a dicha cavidad. 5. Las mazarotas, que suministran metal fundido adicional a la fundición conforme ésta se contrae durante la solidificación. En la figura 11.3 se muestran dos tipos de mazarotas, una ciega y una abierta.
6. Los machos o corazones, que son insertos hechos de arena. Se colocan en el molde para formar regiones huecas o para definir la superficie interior de la fundición. También se utilizan en la parte exterior de la misma a fin de formar características como letras sobre la superficie o cavidades externas profundas. 7. Respiraderos, o vientos, que se colocan en los moldes para extraer los gases producidos cuando el metal fundido entra en contacto con la arena en el molde y en el macho. También dejan escapar el aire de la cavidad del molde conforme el metal fundido fluye en su interior. 11.4 ¿Liste los factores que deben tomarse en consideración al seleccionar materiales para modelos. R.- La selección de un material para el modelo depende del tamaño y la forma de la fundición, la precisión dimensional, la cantidad de fundiciones requeridas y el proceso de moldeo. Debido a que los modelos se reutilizan para elaborar moldes, la resistencia y durabilidad del material elegido debe reflejar el número de fundiciones que dichos modelos producirán. 11.5 ¿Cuál es la función de un corazón o macho? R.- Se colocan en la cavidad del molde para formar superficies superfici es interiores de la fundición, y se retiran de la parte terminada durante el sacudido y procesamiento posteriores. Al igual que los moldes, los machos o corazones deben poseer resistencia, permeabilidad, capacidad para soportar el calor y colapsabilidad; de ahí que se produzcan con agregados de arena. El macho se ancla en plantillas de corazones, que son recesos agregados al modelo para soportar el macho y proporcionar un respiradero para el escape de los gases
11.6 ¿Cuál es la diferencia entre la fundición de molde de arena y la de molde en cáscara? R.- R.- La fundición en arena se aplica en máquinas, grandes impulsores de turbinas, propulsores, accesorios de plomeria, numerosos componentes para equipo agrícola y de ferrocarriles; en cambio en la fundición en cáscara se aplica en pequeñas partes mecánicas que requieran de alta precisión, este proceso también se usa para producir corazones.
11.7¿Cuáles son los moldes compósitos?¿Por qué se utilizan? R.-Los R.-Los moldes compósitos se fabrican con dos o más materiales diferentes y se utilizan en el moldeo en cáscara y en otros procesos de fundición. Por lo general se emplean para fundir formas complejas como propulsores para turbinas, estos moldes mejoran la precisión dimensional y el acabado superficial y pueden ayudar a reducir los costos globales y el tiempo de procesamiento.
11.8 Describa las características de la fundición en molde de yeso. R.- A este proceso y otros más se le conoce como fundición de precisión. Algunas características características de estas fundiciones son: dimensional, buen buen acabado acabado superficial. ● Exactitud dimensional, ● Las fundiciones fundicione s pesan menos de 10 kg. ● Debido a que los moldes de yeso tienen muy baja permeabilidad los gases generados al solidificarse el metal no pueden escapar. En consecuencia el Metal fundido se vierte en vacío o a presión. ● Este tipo de molde sólo se utiliza para aluminio magnesio zinc y algunas aleaciones a base de cobre. 11.9¿Porque el proceso de fundición por revestimiento es capaz de producir detalles finos en la superficie de las fundiciones? R.- Una R.- Una vez se ha vaciado y solidificado el Metal el molde se rompe y la fundición se retira. El revestimiento se coloca en una cámara y se evacua es decir se retiran las burbujas de aire cuando se solidifica el molde; en general la caja de moldeo se coloca en una máquina de fundición de vacío para que el metal fundido se introduzca en el molde permeable y sobre la parte produciendo detalles finos.
11.10 Nombre del tipo de materiales utilizados para los procesos de fundición en molde permanente. R.- R.- Los moldes permanentes se fabrican con materiales de alta resistencia a la erosión y a la fatiga térmica como el hierro fundido, acero, latón, grafito o aleaciones metálicas refractarias. 11.11 ¿Cuáles son las ventajas de la fundición a presión en matriz? Las ventajas de la fundición a presión en matriz tienen la capacidad de producir con rapidez partes fuertes de alta calidad y formas complejas, en particular con aluminio, bronce, magnesio y zinc. También proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado (formado de forma neta). Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm (0.015 pulgadas), que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición. 11.12 liste las ventajas y limitaciones de la fundición a presión en matriz ventajas 1. La fundición a presión en matriz es económica para grandes lotes de producción. 2. El proceso de cámara fría Normalmente en las aleaciones de alto punto de fusión de aluminio, magnesio y cobre se funden mediante este método, aunque también pueden fundirse otros metales (incluyendo los ferrosos). 3. formas complejas, en particular con aluminio, aluminio, bronce, magnesio y zinc 4. proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie 5. Cuando los materiales para la matriz se seleccionan de manera apropiada y se les da mantenimiento adecuado, ésta puede durar más de medio millón de inyecciones antes de desgastarse significativamente.
6. limitaciones 1. Debido a las altas presiones involucradas, las matrices para fundición a presión tienden a dividirse, a menos que se sujeten con firmeza. 2. El desgaste de la matriz aumenta con la temperatura del metal fundido. El agrietamiento por calor de las matrices (el agrietamiento superficial originado por su calentamiento y enfriamiento repetitivo 11.13 ¿Cuál es el propósito de una mazarota? ¿y de un respiradero? El propósito de la mazarota durante la elaboración de una pieza fundida sirve para la alimentación de las piezas en el periodo de solidificación con el fin de compensar las contracciones contracci ones del metal y evitar la formación de porosidades. Respiraderos, o vientos, que se colocan en los moldes para extraer los gases producidos cuando el metal fundido entra en contacto con la arena en el molde y en el macho. También dejan escapar el aire de la cavidad del molde conforme el metal fundido fluye en su interior. 11.14 De algunas razones para usar insertos para matrices
Durante el proceso de fundición de aluminio, el metal fundido se vierte o se introduce a presión en el molde. Este proceso se utiliza, por ejemplo, para fabricar culatas, llantas y otros elementos de fundición de aluminio. En esta operación, el molde tiene que soportar una y otra vez el metal fundido a una temperatura de más de 600 °C. Esto no representa ningún problema para los insertos fabricados de nuestra aleación de metal pesado de tungsteno Densimet® o nuestra aleación de molibdeno. Las ventajas para usted: Tiempos de ciclo más cortosCalidad de superficie optimizada para sus productosLarga vida útil del moldeSin grietas en el inserto en molde
Suministramos insertos para moldes, boquillas de inyección, insertos de refrigeración refrigeraci ón y otras piezas a medida, así como productos semiacabados para su molde.
11.15 ¿Qué es la fundición por dado impresor? ¿Cuáles son sus ventajas? Es un proceso de fundición que fundamentalmente construyen combinaciones de fundición y forja y comprende la solidificación de metal fundido a alta presión Ventaja Las presiones requeridas en la fundición por dado impresor son menores que las del forjado en frío o en caliente. Se pueden hacer partes complejas con una forma cercana a la neta y un detalle fino de la superficie, tanto con aleaciones no ferrosas como con ferrosas. 11.16 ¿Cuáles son las ventajas del proceso de fundición a la espuma perdida? -Es un proceso relativamente simple por que no existen líneas de partición, machos o corazones, o sistema de mazarota de ahí que tiene flexibilidad de diseño. -Requiere cajas de moldeo económico -El poliestireno es barato y se puede procesar fácilmente para producir modelos con formas complejas. -Requiere operaciones mínimas de acabado y limpieza. -Se puede automatizar y es económico para grandes lotes de producción.
11.17 Si sólo necesita unas pocas unidades de una fundición particular, ¿qué proceso(s) utilizaría? ¿Por qué? R.-Proceso R.-Proceso de molde desechable, porque es económico y solo necesito en pocas cantidades, y le doy las formas que desee o necesite.
11.18 Cuáles son las razones de la gran variedad de procesos de fundición que se han desarrollado a lo largo de los años? Explique con ejemplos específicos.
R.- Dos tendencias han tenido un impacto importante en la industria de la fundición. automatizac ión de este proceso ● La primera es la mecanización y automatización que ha conducido a cambios significativos en el uso de equipo y la mano de obra. ● La segunda tendencia importante es la creciente demanda de fundiciones de alta calidad con tolerancias dimensionales cerradas.
11.19 ¿Por qué la fundición a presión de matriz produce las partes fundidas más pequeñas? La fundición a presión propiamente dicha es aquella cuya colada se realiza inyectando a presión el metal o aleación, en el molde. Este procedimiento permite fundir piezas de aristas vivas, imposibles de obtener en la fundición con colada por gravedad, además la superficie de las mismas resulta limpia y sin defecto. Y como el material, debido a la presión, resulta más compacto, sus propiedades mecánicas son hasta un 20% superiores a las de los metales colados por gravedad.
11.20 ¿Qué diferencias (si es que existe alguna) hay entre las propiedades de fundiciones fabricadas mediante molde permanente y por fundición en arena? La fundición en arena es uno de los procesos que pueden usarse para metales con altas temperaturas de fusión como el acero el niquel y titanio. -La fundición con molde permanente no trabaja con temperaturas elevadas ya que esto reduciría el tiempo de vida de nuestro molde. -En cuanto a la economía es más barato utilizar la fundición en arena que una fundición de molde permanente por el costo elevado de sus matrices. -Una fundición en arena tiene acabados superficiales no de los mejores lo contrario de molde permanente tiene buen acabado superficial y buenas propiedades mecánicas.
11.21 ¿Recomendaría el precalentado de los moldes utilizados en la fundición en molde permanente? ¿Retiraría la fundición en cuanto se solidificara? Explique sus razones. Bueno es recomendado el precalentado de los moldes esto debido a que podremos evitar el choque térmico entre el molde y el metal líquido y así también evitar imperfecciones imperfecciones en la pieza obtenida. Una vez se haya logrado la solidificación se procede a abrir los moldes y se retira la pieza ya acabada debido a que dimos el tiempo necesario para su solidificación. solidificación.
11.22 En relación con la figura 11.3 ¿piensa que sería necesario colocar pesas o sujetar las dos mitades del molde? Explique sus razones. ¿Piensa que el tipo de metal fundido, como hierro fundido gris o aluminio, produciría algunas diferencias en la fuerza de sujeción?
Es recomendado colocar pesas en el molde superior esto para evitar que debido a la presión el molde superior se levante y el metal líquido salga por la intercara de las dos partes del molde, esa presión dependerá de la altura de la columna del metal y de la densidad del metal líquido. En las fundiciones en arena de aleaciones no ferrosas no es necesario el uso de pesas o sujetadores esto debido de bido a que no se lograra la presión necesaria que aga que las intercaras de nuestros moldes se levante y salga el metal líquido debido a las propiedades que tienen estas aleaciones. 11.23 Explique porque la fundición por dado impresor produce partes con mejores propiedades mecánicas, precisión dimensional y acabado superficial que los procesos con molde desechable.
En una fundición de molde desechable siempre necesitara bastantes operaciones de acabado ya que una vez solidificada la pieza no cuenta con un buen acabado superficial, la presión aplicada por el punzón mantiene los gases atrapados en solución y el contacto a alta presión en la interfaz matriz-metal promueve una rápida transferencia de calor, lo que produce una microestructura fina con buenas propiedades mecánicas debido a la aplicación de presión podemos realizar partes complejas con una forma cercana a la neta y un detalle fino de la superficie.
11.24 ¿Cómo sujetaría los modelos individuales de cera en un “árbol” en la fundici ón por revestimiento? R.- R.- Se aplica calor al patrón de cera y / o al árbol en la superficie de contacto. La superficie del patrón y / o el árbol se funde, momento en el cual el patrón y el árbol se ponen en contacto y se mantienen firmemente en su lugar hasta que la cera se solidifica. Esto se repite para cada patrón hasta que se complete el "árbol".
11.25 Describa qué medidas tomaría para reducir el movimiento de los corazones o machos en la fundición en arena. R.- Es posible evitar que se muevan utilizando soportes metálicos (soportes de corazones) para fijarlos en su lugar.Por lo general, los corazones se fabrican como los moldes; la mayoría se elabora mediante procesos de cáscara (ver sección 11.2.2), sin cocción, o de caja fría. A los corazones se les da forma en las cajas de corazones, que se utilizan de manera muy similar a como se usan los modelos para par a formar moldes de arena. 11.26 Ha visto que, aunque la fundición por presión en matriz produce partes delgadas, existe un límite. ¿Por qué no se pueden hacer partes más delgadas por medio de este proceso? R.- Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm (0.015 pulgadas) por que habría fracturas y ranuraciones en el proceso de solidificación en el material fundido debido a las presiones ejercidas por las marices y ya que el metal fundido no fluiría por las cavidades por que se enfría muy rápido. 11.27 ¿Cómo se fabrican partes huecas con cavidades diferentes mediante fundición a presión por matriz? ¿Se utilizan corazones o machos? De ser así, ¿cómo? Explique su respuesta. Para hacer partes huecas solo se diseñan en las matrices con las cavidades que desees ya que los machos o corazones ya vienen en las matrices y no se tendría la preocupación a que se muevan. 11.28 Se dice que la relación resistencia a peso de las partes fundidas en matriz aumenta al disminuir el espesor de la pared. Explique por qué. Debido a que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes de la matriz, la fundición tiene una capa superficial dura, de grano fino, con alta resistencia.
11.29 ¿Cómo se colocan las mazarotas y los bebederos en los moldes de arena? Explique con los dibujos apropiados.
La mazarota se busaca un lugar adecuado para su distribución completa del material fundido fundid o si no es posible usar diseñar otra mazarota, siempre puesta en el superior de la pieza a fundir El bebedero se pone donde sea más fácil la distribución distribuc ión del material materi al de igual forma siempre en forma vertical para la fácil distribución del fluido por los canales. 11.30 ¿ En la fundición de molde en cáscara, el proceso de curado es crítico para la calidad del molde terminado. En esta parte del proceso, el ensamble del molde en cáscara y los machos o corazones se colocan en un horno por un breve periodo para terminar el curado de la resina aglutinante. Liste las causas probables de los corazones o machos curados de manera no uniforme, o de espesores no uniformes de los mismos. Se tendría: -no se tendría la resistencia y rigidez requeridas para soportar el peso del líquido fundido
- si se hace un revestimiento mayores a 10mm los aglutinante de la arena produce un gran volumen de gas y eso es perjudicial para la fundición -micro porosidad, grietas -uniformidad -uniformidad de piezas 11.31 ¿Por qué la máquina de fundición a presión en matriz mostrada en la figura 11.17 tiene un mecanismo tan grande para cerrar las matrices? Explique su respuesta. R.- R.- Como se discute en el texto, el metal fundido en la fundición a presión se introduce en la cavidad del molde bajo gran presión. Esta presión tiene, por lo tanto, una tendencia a separar las mitades del molde, dando como resultado un gran destello y partes inaceptables. Por lo tanto, se necesita la abrazadera grande para sujetar el molde durante todo el ciclo de colada.
11.32 ¿Qué proceso se utiliza para fabricar los chocolates huecos? R.- Las R.- Las cáscaras delgadas se fabrican de forma típica y sencilla a través de la fundición en fangos, utilizando moldes divididos. Esto puede verificarse obteniendo tal chocolate y rompiéndolo, y observando la superficie interior es bastante grueso y no muestra ninguna evidencia de haber entrado en contacto con un molde. 11.33 ¿Cuáles son los beneficios y perjuicios de calentar el molde en la fundición por revestimiento antes de vaciar el metal fundido? R.- Los R.- Los beneficios para calentar el molde incluyen: Mayor fluidez para las partes detalladas (en que el metal fundido no solidificará tan rápidamente), una posible reducción de la tensión superficial y en fricción viscosa en el molde, y un enfriamiento más lento. Los inconvenientes principales para calentar el molde son que el molde puede no tener una resistencia tan alta a la temperatura elevada, y el metal puede ser menos viscoso y turbulento como se discutió en el Capítulo 10. Además, el tiempo de solidificación será mayor con el molde precalentamiento, y esto puede afectar adversamente el tiempo de producción y la economía del proceso como resultado.
11.34 El estado pastoso de las aleaciones se refiere al estado entre las temperaturas solidus y liquidus, como se indica en la sección 10.2. Los metales puros no tienen tal estado pastoso. ¿Significa esto que los metales puros no pueden fundirse mediante fundición hueca? Explica la respuesta. R.- El R.- El estado "slushy" en la solidificación de la aleación se refiere a un estado intermedio entre líquido y sólido. La colada de esponjoso implica la colada de una aleación donde el metal fundido se vierte en el molde, se deja comenzar a solidificar. La porción fundida del metal se vierte entonces fuera del molde, dejando una cáscara detrás. Esto se puede hacer usando metales puros así como aleaciones.
11.35 Por que un soporte para corazones o machos son también un enfriador? R.- Mientras que, en teoría, un soporte puede servir como un enfriador, en el soporte de la práctica rara vez lo hacen. Los capiteles están destinados a soportar un núcleo o una sección de moho. Si se colocan en una posición para apoyar el núcleo, pueden no estar en un lugar que requiera un enfriamiento. Los soportes de corazón tienen una gran huella, y esto ayuda a transferir calor al núcleo. Sin embargo, la transferencia de calor al núcleo no es una opción para un enfriamiento más rápido de la colada; el calor debe ser conducido fuera del molde. Por lo tanto, el soporte no se puede considerar generalmente un enfriador 11.36 Clasifique los procesos de fundición descritos en este capítulo en términos de su velocidad de solidificación. R.- Existe, como era de esperar, cierta superposición entre los diversos procesos, y la velocidad de transferencia de calor puede modificarse cuando se desea. Sin embargo, una clasificación general en términos
de tasa de extracción de calor es la siguiente: fundición a presión (cámara fría), fundición de presión, fundición centrífuga, fundición de fundición, fundición a presión (cámara caliente), fundición de molde permanente, fundición en arena, espuma perdida, fundición en molde cerámico y fundición en yeso.
PROBLEMAS CUANTITATIVOS 11.37 Estime la fuerza de cierre para una máquina de fundición a presión en matriz en la que la fundición es rectangular con dimensiones proyectadas de 125 mm _ 175 mm (5 pulgadas _ 7 pulgadas). ¿Su respuesta dependería de si se trata de un proceso de cámara caliente o de cámara fría? Explique su respuesta. R.- El R.- El área proyectada es de 17.500 mm2 Para el proceso de cámara caliente y usando una presión mediade 15 MPa, la fuerza es de 15 x 17.500 = 263 kN. Para el proceso de la cámara frigorífica y presión de 40 MPa, la fuerza es de 700 kN. Por lo tanto, la fuerza depende del proceso, así como forma complejidad. 11.38 La pieza en bruto para el carrete mostrado en la figura P11.38 se fundirá en arena a partir de una aleación de aluminio para fundición A-319. Dibuje un esquema del modelo de madera para esta parte e incluya todas las tolerancias necesarias para la contracción y el maquinado. R.- A R.- A continuación se muestra el esquema de un patrón de colada de arena verde típica para el carrete. Un crosssectional también se proporciona una vista para indicar claramente los márgenes de como los ángulos de tiro (véase la página 264-265 para la información requerida). Los elementos este patrón es el siguiente (dimensiones en pulgadas): (a) Patrón de dos piezas. (b) Se necesitarán pasadores de localización en la placa de patrón para asegurarse de que estas características se alineen correctamente. (c) Tolerancia de encogimiento = 0,013 mm / mm d) Indemnidad de mecanizado = 1,5 mm
e) Borrador = 3
11.39 Repita el problema 11.38, pero suponga que el carrete de aluminio se fundirá utilizando fundición de modelo desechable. Explique las diferencias importantes entrelos dos modelos. R.- R.- A continuación se muestra un croquis para una colada típica de patrón expandible. Una vista en sección transversal también se proporciona para mostrar claramente las diferencias entre la arena verde (del problema 11.40) y patrones de fundición evaporativa. Puede haber alguna variación en los patrones producidos por dependiendo de qué dimensiones se les asigna un subsidio de mecanizado. Lo importante los elementos de este patrón son los siguientes (dimensiones en pulgadas): (a) Patrón de una sola pieza, hecho de poliestireno. (b) Tolerancia de encogimiento = 0,013 mm / mm (c) Tolerancia de mecanizado = 1,5 mm d) No se necesitan ángulos de tracción.
11.40 En la fundición en arena es importante colocar pesas sobre la mitad superior del molde con suficiente fuerza para evitar que flote cuando se vacía el metal en el molde. Para la fundición mostrada en la figura P11.40, calcule la cantidad mínima de peso necesaria para evitar que el molde superior flote al vaciar el metal fundido longitud de 25 pies,¿qué velocidad rotacional requiere? R.- La R.- La aceleración angular está dada por \ =! 2r. Reconociendo que la fuerza más grande es experimentada en el radio exterior, se utiliza este valor para r en el cálculo:
α = W^2r = 100 g = 1177 m/s2 α = α/r =(1177 m/s2)/(0.175 m) = 82 rad/s = 783 rpm
11.41 Si se necesita una aceleración de 100 g para producir una parte en una fundición realmente centrífuga y la parte tiene un diámetro interior de 10 pulgadas, un diámetro exterior de 14 pulgadas y una longitud de 25 pies,¿qué velocidad rotacional requiere? R.- La R.- La aceleración angular está dada por \ =! 2r. Reconociendo que la fuerza más grande es experimentada en el radio exterior, se utiliza este valor para r en el cálculo:
α = W^2r = 100 g = 1177 m/s2 α = α/r =(1177 m/s2)/(0.175 m) = 82 rad/s = 783 rpm
11.42 Un joyero desea producir 20 anillos de oro en una operación de fundición por revestimiento. Las partes de cera se sujetan a un bebedero central de cera de 0.5 pulgadas de diámetro. Las sortijas se localizan en cuatro filas, cada una a 0.5 pulgadas de la otra en el bebedero, y requieren un canal de alimentación de 0.125 pulgadas de diámetro y 0.5 pulgadas de longitud. Estime el peso del oro necesario para llenar totalmente los anillos, canales y bebederos. La gravedad específica del metal es 19.3. R.- La respuesta particular dependerá de la geometría seleccionada para un anillo típico. Aproximadamente un anillo típico como un tubo con dimensiones de 25 mm de diámetro exterior, 16 mm interior diámetro y 10 mm de ancho. El volumen de cada anillo es entonces de 2898 mm ^ {3}, y un volumen total para 24 anillos es 69,552 mm3. Hay 24 corredores en el bebedero, por lo que este componente de volumen es:
V = 24 ? 4 d2 ? L = 24 ? 4 (3 mm) 2?(12 mm) = 2, 036 mm ^ {3} Supongamos que el bebedero central tiene una longitud de 38 mm, de modo que su volumen es Vskip1.000000 \ 4 d2L =?4 (12 mm) 2 (38 mm) = 4, 298 mm ^ {3} El volumen total es entonces de 75.886 mm3, sin incluir el metal en la cubeta de vertido, si lo hay. La gravedad específica del oro es de 19,3, por lo que su densidad es de 19,3 (1000 kg / m3) = 19.300 kg / m3. Por lo tanto, el joyero necesita 1,46 kg de oro.
11.43 Suponga que es un instructor que cubre los temas descritos en este capítulo y que está dando un cuestionario sobre los aspectos numéricos para poner a prueba el conocimiento de los estudiantes. Prepare dos problemas cuantitativosy proporcione las respuestas. 0.50 pulg 0.45 pulg 4.00 pulg 3.00 pulg R.- R.- Por el estudiante. Esta es una pregunta desafiante y abierta que requiere un enfoque considerable y la comprensión por parte de los estudiantes, y se ha encontrado para ser un muy valioso problema con la tarea
CUESTIONARIO TEMA 12
12.1 Describa las consideraciones generales de diseño en la fundición de metales. Existen dos tipos de problemas de diseño en fundición: (a) las características características geométricas, geométricas, tolerancias, etc., que deben incorporarse en la parte, y (b) las características que debe tener el molde para producir la fundición deseada. Por lo general, el diseño robusto de las fundiciones involucra los siguientes pasos: 1. Diseñar la parte de manera que la forma pueda p ueda fundirse con facilidad. facil idad. En este capítulo se proporcionan varias consideraciones importantes que son útiles en dichos proyectos de diseño. 2. Seleccionar un proceso de fundición y un material apropiado para la parte, tamaño, propiedades mecánicas, etc. Con frecuencia, el diseño de la parte no es independiente del primer paso dado y se necesita especificar la parte, el material y el proceso de manera simultánea. 3. Localizar la línea de partición del molde en la parte. 4. Localizar y diseñar las compuertas compuert as que permitan pe rmitan la alimentación uniforme de la cavidad del molde con el metal fundido. 5. Seleccionar una geometría apropiada del canal de alimentación para el sistema. 6. Localizar las característica cara cterísticas s del molde, mo lde, como bebederos, filtros f iltros y mazarotas, como es apropiado. 7. Asegurar que estén e stén vigentes controles adecuados y prácticas pr ácticas apropiadas. A continuación, examinaremos examinaremos las reglas correspondientes correspondientes a las condiciones generales de fundición y después trataremos las normas específicas aplicables a operaciones particulares de fundición.
12.2 ¿Qué son los puntos calientes? ¿Cuál es su significado en la fundición de metales? Son regiones con círculos más grandes donde la velocidad de enfriamiento en menor y debido a esto pueden desarrollar cavidades por contracción y porosidad. 12.3 ¿Qué es la tolerancia por contracción? ¿Qué es la tolerancia de maquina? Tolerancia por contracción: Son aquellas tolerancias tolerancias que tienen el fin de evitar el agrietamiento de la pieza fundida durante la solidificación Holgura de maquinados: Son las tolerancias que se da Para luego dar un buen acabado superficial, u hacer operaciones adicionales
12.4. 12.4. ¿ P or qué son s on neces neces arios los los áng ulos ulos de salida salida en en al alg unos unos molde oldess ? Son necesarios para la extracción de la pieza fundida sin que tenga ningún daño
12.5.- ¿Que son las fundiciones de metal liguero? Son aquellas fundiciones que se hacen de aleaciones a base de aluminio y base de magnesio 12.6 Nombre los tipos de hierro colados disponibles y liste sus características principales Hierro colado gris: Esta fundición tiene pocas cavidades por contracción y poca porosidad, y se usa mayormente para fabricar motores, bases de maquinas, carcazas de motores eléctricos, tuberías y superficies de desgate Hierro dúctil: Típicamente utilizado para piezas de maquinaria, tuberías y cigüeñales de hierro, son como su nombre indica hierros dúctiles Hierro colado blanco: Tiene una extrema dureza y resistencia al desgaste, se usa en partes de maquinaria para procesos de abrasión, rodillos, laminación, en ferrocarriles, etc. Hierro maleable: Se usa en equipos para ferrocarriles y en varios tipos de herrajes
Hierro al grafito compactado: Tiene propiedades en los que queda entre los de hierros grises y dúctiles, y se utiliza para motores automotrices y cabezas de cilindros 12.7 ¿Por qué los aceros son más difíciles de fundir que los hierros fundidos? ¿Cuál es la consecuencia de esto? Debido a las altas temperaturas requerida para el acero (hasta aproximadamente 1650 C), y también su fundición requiere de considerable experiencia y conocimiento 12.8 Describa los factores f actores importantes import antes involucrados invol ucrados en economía de la operación de fundición.
la
Costos del producto (materiales, mano de obra calificada, herramientas, equipos, energía materia prima) preparación para la fundición de un producto. Costos del tratamiento tratamiento térmico.
12.9 ¿Cuál es la diferencia entre un canal de alimentación y una compuerta? La figura 12.2 da a conocer el grado de capacidad de colado, soldado, y maquinado que tiene los diferentes tipos de aleación, y esto nos da a conocer el grado de dificultad que es fundir y fabricar piezas de estos materiales La figura 12.5nos da a conocer algunas propiedades de los metales, y mejor como se los hace típicamente, que eso nos sirve como guía de que procesos a que seguir para fabricar algún material con estas aleaciones
12.10 ¿ C uál es la difer di ferenci enci a entre la toleranci toleranci a de ma maquinado qui nado y la tole toleranci rancia a dimensional dimens ional?? La diferencia es que durante el proceso de maquinado dificulta obtener una medida exacta de forma repetitiva al a l fabricar una pieza, por pieza, por lo lo que se necesita cierta tolerancia toleranc ia para que aun no siendo perfectas las piezas ajusten sin forzarlas. Cuanto menor sea la tolerancia necesaria, más difícil será realizar la pieza. En cambio, en la l a fabricación de piezas en la tolerancia dimensional no permite obtener estas con las dimensiones y formas geométricas exactas con que se definen en los dibujos. Siempre se produce una inexactitud, una pequeña discrepancia entre la pieza
“teórica” o “ideal”, consignada en el plano y la pieza “real” obtenida por la máquina-herramienta. 12.11.- liste las reglas para localizar las líneas de partición en fundición
orientar los moldes de manera que la parte grande este relativamente baja o minimice su altura una línea adecuada puede tener especificada la línea de partición, partici ón, este separa la parte super inferior del molde la línea de partición tiene que estar a lo largo del plano recto esta línea si es posible tiene que pasar por las esquinas o aristas de las fundiciones la línea de partición se tiene que colocar lo más balo posible (respecto a la fundición) de los materiales menos densos
Las líneas de partición se ponen a la mitad de los materiales más densos 12.12 Describa el procedimiento que seguiría para determinar si un defecto en una fundición es una cavidad por contracción o una porosidad provocada por gases. R. R. Las cavidades por contracción es debido a la baja velocidad de enfriamiento esto ocurre en regiones con círculo más grande conocido como puntos calientes por lo cual: Primero verificaría el cambio de sección en la fundición de una sustancia a otra. Observaría la velocidad de enfriamiento y determinaría la velocidad de enfriamiento determinando los puntos calientes. Podríamos verificar si hay enfriadores o camisas metálicas o también si existen corazones para asi poder determinar si podría tender a una cavidad por contracción Las porosidades , burbujas , sopladuras puede determinarse según el metal liquido liquid o y el molde ya que se forma al contacto con el molde el cual provoca gases o vapores y si existiera buena permeabilidad podríamos determinar baja porosidad. 12.13 Explique cómo haría para evitar el desgarramiento por calor a) Crear en el molde y en el macho ma cho canales para el escape esc ape de los l os gases y cargadores bien dimensionados y repartidos.
b) Emplear arena de buena calidad, bien preparada, permeable y bien seca (en el molde en seco) o bien cocida (para los machos). c) Emplear aglomerantes adecuados, adecua dos, no alterables, no higroscópicos, y en cantidad adecuada. d) Proteger los gases de los machos de modo que no sean obturados por el metal en el acto de la colada. e) Efectuar la colada con filtro. f) Vigilar la conducta del horno, para evitar la oxidación del metal, y colar a temperatura conveniente. g) Evitar el exceso de negro y los negros desmejorados. h) Evitar la humedad humed ad en la solera del d el cubilote, en la l a piquera y en los calderos a fundir. i) Evitar coquillas, soportes, alambres finos, húmedos u oxidados. Las partes que hayan de ser inspeccionadas (soportes) deben estar cuidadosamente recocidas y estañadas. J) fijar las temperaturas adecuadas de los hornos teniendo en cuenta el tipo de material a fundir 12.14 Describa su observación observaci ón respecto a los cambios de diseño mostrados en la figura 12.1 a) No hay esquinas, ángulos o filetes agudos en el diseño bueno. b) La posición del macho está ubicada en una cavidad profunda que está en uno de los lados de la fundición en el diseño bueno. c) No hay esquinas o filetes agudos, y las paredes de la figura del diseño bueno son uniformes . d) En la segunda imagen existen costillas de refuerzo. f) Se eliminan los corazones cambiando el diseño de orificio de cilindro a uno en forma U. 12.15 Si sólo necesita necesi ta unas cuantas fundiciones del mismo diseño, ¿cuál de los tres procesos sería el más costoso por fundición de pieza? La fundición a presión en matriz por q requiere muchos materiales costosos y donde requiere una buena preparación para q la pieza sea bien hecha.
12.16 En E n lo g eneral eneral,, ¿ está es tá de acuerdo acuerdo con los los valo valores res de los los cos tos de la tabla 12.6 12.6?? S i es as as í, ¿ por qué qué? Estoy de acuerdo con los valores de los costos de la tabla porque los moldes para fundición en arena implican un costo relativamente pequeño. En cambio, los moldes para diversos procesos y las matrices para fundición a presión requieren materiales costosos y mucha preparación 12.17.- agrega más ejemplos a los mostrados en la figura 12.2 Tipo de aleación
Aplicaciones
Temperatura fusión
Titanio
Prótesis e implantes 1630 *C
Plomo
Fontanería, 328 *C techados, utensilios dementicos, planchas industriales
Cobalto
Piezas de válvulas, 1320-1380*C componentes de turbinas
de
12.18 Explique de qué manera son útiles las costillas costil las y serraciones en la fundición de superficies superficie s planas que de lo contrario se podrían distorsionar. Proporcione una ilustración específica. R. Evita R. Evita la distorsión durante el enfriamiento debido a los gradientes de temperatura. También desarrolla un acabado superficial deficiente debido a un flujo disparejo del metal liquido durante el vaciado. Pues consigue dividir las superficies planas con costillas de refuerzo y serraciones.
12.19 Describa la naturaleza naturalez a de los l os cambios de diseño realizados r ealizados en la figura 12.3. ¿Qué principios generales observa en esta ilustración? En la figura 12.3 se muestran varios ejemplos de diseños deficientes y adecuados para fundiciones en moldes permanentes y a presión. A continuación, se describen las diferencias significativas en el diseño para cada ejemplo. a. La parte inferior del diseño de la izquierda tiene una pared delgada sin un papel funcional aparente, por lo que este punto puede fracturarse si se somete a fuerzas elevadas o a impacto. El diseño adecuado elimina este problema y puede simplificar la fabricación de matrices y moldes. b. Las superficies superfic ies planas grandes siempre presentan p resentan dificultades difi cultades al fundir metales (y materiales no metálicos), ya que tienden a combarse y a desarrollar superficies disparejas. Una práctica común para evitar esta situación consiste en dividir la superficie con costillas y serraciones del lado opuesto de la fundición. Este método reduce en gran medida la distorsión sin afectar la apariencia ni la función de la superficie plana. c. Este ejemplo de diseños deficiente y adecuado es importante no sólo para fundiciones, sino también para partes que se maquinan o rectifican. Es difícil producir radios internos o esquinas agudas que pudieran requerirse para efectos
funcionales, como los insertos que se diseñan a fin de llegar al fondo de la cavidad de la parte. Además, en el caso de cavidades lubricadas, el lubricante se puede acumular en el fondo y, al ser incompresible, evita la inserción total de una parte en la cavidad. La colocación de un radio pequeño en las esquinas o en la periferia del fondo de la parte elimina este problema. d. La función de dicha parte puede ser, por ejemplo, la de una perilla que se sujeta y se gira; y de ahí, las características exteriores a lo largo de su periferia. Obsérvese en el diseño de la izquierda que la periferia interior de la perilla también presenta características características que no son funcionales, funcionales, pero que ayudan a ahorrar material. La matriz de fundición para un diseño adecuado es más fácil de fabricar. e. Obsérvese que el diseño deficiente tiene filetes agudos en la base de las ranuras longitudinales, por lo que la matriz posee protuberancias protuberancias filosas (filo de cuchillo). Debido a su filo, es posible que, con el uso prolongado de la matriz, estos bordes se astillen. f. El diseño deficiente de la izquierda tiene roscas que alcanzan la cara derecha de la fundición, por lo cual es posible que durante la fundición parte del metal fundido penetre en esta región, formando una rebaba e interfiriendo en la función del inserto roscado, como cuando se utiliza una tuerca. El diseño adecuado usa
un desplazamiento en la barra roscada para eliminar este problema. La consideraración de este diseño también se aplica al moldeo por inyección de los plásticos
12.20 En la l a figura fi gura 12.4 1 2.4 observe que la ductilidad de algunas al gunas aleaciones para fundición es muy baja ¿Cree que esto debe ser una preocupación importante en aplicaciones de ingeniería de fundiciones? Explique su respuesta. No debe ser una preocupación porque las propiedades propiedad es que se buscan en una pieza fundida son la de dureza, tenacidad que son contrarias a la ductilidad. 12.21 ¿Cree que habrá menos defectos en una fundición fundi ción realizada realiz ada mediante vaciado por gravedad que en una efectuada por vaciado a presión? Explique su respuesta. Si La fundición de vacío es una alternativa a la fundición por revestimiento, de molde en cáscara y de arena verde, y es sobre todo adecuada para formas complejas con paredes delgadas (0.75 mm; 0.03
pulgadas) con propiedades uniformes. Las partes más producidas son componentes de superaleaciones para turbinas de gas. Estas partes, que a menudo se encuentran en forma de superaleaciones para turbinas de gas, tienen paredes tan delgadas como 0.5 mm (0.02 pulgadas). En este proceso, una mezcla de arena fina y uretano se moldea sobre matrices metálicas y se cura con vapor de amina. Después el molde se sostiene con un brazo robot y se sumerge parcialmente en el metal fundido que se mantiene en un horno de inducción . El metal se puede fundir en aire (proceso CLA) o en vacío (proceso CLV). El vacío reduce la presión del aire dentro del molde a casi dos tercios de la presión atmosférica, introduciendo así el metal fundido dentro las cavidades del molde a través de una compuerta en el fondo del molde. Por lo general, el metal en el horno se encuentra a una temperatura de 55 ºC (100 ºF) por encima de la temperatura temp eratura liquidus liquid us de la aleación. En consecuencia, comienza a solidificarse en muy poco tiempo; una vez que se llena el molde, se retira del metal fundido. El proceso puede automatizarse y los costos de producción ser similares a los de la fundición en arena verde. Por medio de este método se han fundido al vacío partes de acero inoxidable, al carbono y de alta y baja aleación que pesan hasta 70 kg (155 libras). Las partes CLA se producen con facilidad en volúmenes elevados y a un costo relativamente bajo. Por lo general, las partes CLV comprenden metales reactivos, como el aluminio, titanio, zirconio y hafnio. 12.22 Explique la diferencia en la importancia de los ángulos de salida en la fundición en arena verde respecto de la fundición en molde permanente. Es muy importante las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos unos ángulos mínimos con la dirección de desmolde (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida . Se recomiendan ángulos entre 0, 5º y 2º. Incluir todos los canales de alimentación y mazarotas y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido. En cambio, se tratan lineamientos y ejemplos típicos de diseño para fundición en moldes permanentes. En el diseño de herramentales para fundición a presión hay factores especiales por considerar. No obstante que los diseños pueden modificarse con el fin de eliminar el ángulo de extracción para una mejor exactitud dimensional, por lo general se requiere un ángulo de 1/2° o incluso 1/4°; de lo contrario, se pueden
producir escoriaciones (por amarrado amarrado local o por adhesión del material) entre la parte y las matrices y provocar
12.23.- Qué tipo de hierro fundido sería el apropiado para bastidor de máquinas pesadas, como imprentas y máquinas de herramientas, ¿por que? Las fundiciones de hierro gris porque tienen relativamente pocas cavidades por contracción y poca porosidad debido a las diferencias en sus estructuras, cada tipo tiene distintas propiedades. 12.24 Explique las ventajas y limitaciones de los filetes agudos y redondeados, respectivamente, en el diseño de una fundición. R. Los filetes agudos actúa como concentradores de esfuerzo pero posiblemente causando agrietamiento y desgarre durante la solidificación. Los filetes redondeados reducen las concentraciones de esfuerzos y asegura el flujo apropiado del metal liquido durante el vaciado las limitaciones de radios van de 3[mm] a 25[mm] y menores pero si son mayores la velocidad de enfriamiento es menor debido al volumen del material en esa región. 12.25 Explique por qué varía tanto t anto el módulo elástico (E) del hierro fundido gris, como se muestra en la tabla 12.4. El módulo de elasticidad representa la resistencia del metal contra la deformación “elástica”. Para deformar elásticamente un material con alto módulo elástico se requiere un esfuerzo alto, mientras que un esfuerzo menor será suficiente para deformar elásticamente un material con módulo elástico bajo. No es posible modificar en forma apreciable el módulo de elasticidad de un material dado, ya Al realizarse el ensayo de tracción de una fundición gris, se observa que el módulo de
elasticidad no es constante como en los aceros, sino que disminuye a medida que aumenta la carga que actúa sobre el material. No hay, por lo tanto, como en los aceros una zona en la que haya rigurosa proporcionalidad entre las cargas y las deformaciones. Por ello, a cada carga que actúa sobre el material corresponde un módulo de elasticidad, siendo frecuente que en la práctica se de cómo valor del módulo de elasticidad de una fundición, el que corresponde a una carga de un 75 % de la máxima de rotura. Durante el ensayo, en un momento determinado del mismo, tendremos: Módulo de elasticidad = Carga que está actuando/alargamiento que ha producido. [kg/mm2 En general, el módulo de elasticidad varía entre 7000 y 13000 kg/mm2 . Al disminuir el tamaño y cantidad de las láminas de grafito, aumenta el módulo de elasticidad y también la resistencia a la tracción de las fundiciones. 12.26 ¿porque las mazarotas no son tan útiles útile s en la fundición fundici ón a presión en matriz como en la fundición en arena? Porque uno de los objetivos de utilizar mazarotas es la de mantener el calor por más tiempo en la fundición en arena y en la fundición a presión existe una rápida transferencia de calor lo cual permite una micro estructura fina con buenas propiedades mecánicas. 12.27 Describa las desventajas de tener t ener una mazarota (a) muy mu y grande o (b) muy pequeña Una mazarota pequeña no abastece de material fundido haciendo que se forme contracciones o si es pequeña en referencia a la pieza el problema que se tendrá es que la mazarota pequeña se solidifique y no cumplirá su objetivo que es suministrar de material fundido Una mazarota muy grande ejercería presión elevada y se tendría mucho espacio usado en nuestro molde ya que se quiere minimizar costos.
12.28 ¿Por qué las mazarotas ciegas pueden ser más pequeñas que las mazarotas abiertas? Pueden ser más pequeñas porque Las mazarotas ciegas son características apropiadas de diseño y mantienen el calor por más tiempo que las abiertas.
12.29.- si fuera a incorporar letras o números en un parte fundido de arena ¿la resaltarías sobre la superficie o la escribirías dentro de ella? ¿Qué pasaría si la parte se produciría mediante fundición por revestimiento? en un molde de arena se puede tanto resaltar como escribir en el molde para q tu pieza salga con las letras, pero x lo estético seria resaltar en el molde de arena y escribir en el modelo para las fundiciones por revestimiento revestimient o lo conveniente seria escribir sobre nuestro moldeo por la facilidad que tendríamos que hacer las letras o números, pero todo esto depende de las especificaciones que tengamos que por lo general estos moldeos son de poliestireno que se desvanecen al contacto con la fundición. 12.30 Las recomendaciones generales de diseño para un pozo en una fundición en arena (ver fig. 11.3) son: (a) que su diámetro sea por lo menos dos veces el diámetro de salida del bebedero, y (b) que su profundidad sea casi dos veces la profundidad del canal de alimentación. Explique las consecuencias de no apegarse a estos lineamientos. R. su R. su diámetro sea por lo menos dos veces el diámetro de salida del bebedero para reducir la tenacidad ala turbulencia y la aspiración de aire. que su profundidad profundidad sea sea casi dos dos veces la profundidad profundidad del canal de alimentación para que sirva pozo de colada Llevar el metal liquido al molde de forma de llenar la cavidad, regular la velocidad de entrada del metal a la cavidad del molde, conducir los gases al exterior y establecer los mejores gradientes de temperatura.
12.31 Comúnmente, las regiones pesadas de las partes se colocan en el molde inferior i nferior de la fundición en arena ar ena y no en el molde superior. Explique las razones.
Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden correspo nden a sendas partes del molde que es necesario fabricar Para la fundición con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como co mo “flotación del molde ”, que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria. satisfactoria. 12.32 al diseñar modelos para fundición los fabricantes utilizan reglas especiales que incorporan automáticamente tolerancias para la contracción de los sólidos en sus diseños. Por ejemplo, la regla de 12 pulgadas de una fabricante de modelos es mayor a un pie. ¿cuán larga debe ser la regla de un fabricante a fin de hacer modelos para a) fundiciones de aluminio y b) acero con alto contenido de manganeso? A)para las fundiciones de aluminio la regla debe ser 30% más larga. B)para los Aceros con alto contenido conten ido de manganeso mangan eso la regla reg la debe ser 2.6% más larga. 12.33
Utilizando los datos proporcionados en la tabla 12.2,
grafique
diagramas
aproximados
de
(a)
capacidad
de
fundición contra soldabilidad, y (b) capacidad de fundición contra maquinabilidad para al menos cinco de los materiales incluidos en la tabla. Excelente Hierro gris
Aluminio
Bueno
Cobre
Justa OI
N
Muy pobre F
U
N
D
CI
Difícil
Hierro dúctil
Níquel
Magnesio Acero
Muy pobre SOLDABILIDAD Difícil
OI
Bueno
Excelente
Excelente
Hierro gris
Aluminio
Bueno
Hierro dúctil, Cobre
Magnesio
Bueno
Excelente
Acero, Nickel
Justa N
Justa
Muy pobre F
U
N
D
CI
Difícil Muy Justa pobre MAQUINABILIDAD Difícil
