TECNOLOGIA DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA
TAREA ACADEMICA 1 PROFESOR: SALAZAR BOBADILLA, ALEJANDRO SECCIÓN: IX-74 INTEGRANTES: - ANDRES AYALA - HANS CERVANTES - GONZALO CHICLE - MAYRA CARDENAS - KENNY KISHIMOTO - AMET DURAND
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Pregunta 1: Describa el proceso de enfriamiento del aluminio desde la temperatura de colada hasta la temperatura ambiente (“solidificación”). Su importancia en la fabricación de piezas por fundición. Respuesta:
Después del calentamiento, y una vez alcanzada la temperatura adecuada (mínima a la que se puede producir una pieza sana), el material está listo para verterse en el molde, lo cual se refiere como vaciado, tal y como se presenta en la siguiente imagen:
La introducción del metal fundido, aluminio en este caso, en el molde y su flujo dentro del sistema de vaciado y de la cavidad es un paso crítico en el proceso. Para que este paso tenga éxito, el aluminio debe fluir antes de solidificarse a través de todas las regiones del molde. Los factores que afectan la operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la velocidad de vaciado y la turbulencia generada durante el llenado del molde.
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Pregunta 1: Describa el proceso de enfriamiento del aluminio desde la temperatura de colada hasta la temperatura ambiente (“solidificación”). Su importancia en la fabricación de piezas por fundición. Respuesta:
Después del calentamiento, y una vez alcanzada la temperatura adecuada (mínima a la que se puede producir una pieza sana), el material está listo para verterse en el molde, lo cual se refiere como vaciado, tal y como se presenta en la siguiente imagen:
La introducción del metal fundido, aluminio en este caso, en el molde y su flujo dentro del sistema de vaciado y de la cavidad es un paso crítico en el proceso. Para que este paso tenga éxito, el aluminio debe fluir antes de solidificarse a través de todas las regiones del molde. Los factores que afectan la operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la velocidad de vaciado y la turbulencia generada durante el llenado del molde.
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La temperatura de vaciado es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en el molde. Lo importante aquí es la diferencia entre la temperatura de vaciado y la temperatura a la que empieza la solidificación (el punto de fusión para un metal puro, o la temperatura liquida para una aleación). A esta diferencia de temperaturas se le llama algunas veces sobrecalentamiento. Éste deberá ser el mínimo posible que garantice el correcto llenado del molde, lo anterior en virtud de que tanto la cinética de oxidación como la solubilidad de gas en el metal líquido dependen de la temperatura. La velocidad de vaciado es el caudal con que se vierte el metal fundido dentro del molde. Si la velocidad es muy lenta, el metal puede enfriarse antes de llenar la cavidad. Si la velocidad de vaciado es excesiva provoca turbulencia y puede convertirse en un problema serio (se favorece la erosión de la arena del molde, así como que el metal atrape gases y escoria). La turbulencia del flujo se produce al contacto del metal líquido con las paredes del molde, su presencia dependerá de la velocidad y de la viscosidad del metal líquido, así como de la geometría del sistema de llenado. El flujo turbulento debe evitarse ya que provoca una mayor interacción entre el metal y el aire, lo que favorece la formación de óxidos metálicos que pueden quedar atrapados durante la solidificación y degradando de esta forma la calidad de la fundición; también provoca una erosión excesiva del molde por efecto del impacto del flujo de metal fundido. Por último, el flujo turbulento promueve que el metal líquido atrape gas y escorias afectando con esto, en forma negativa, la calidad de las piezas producidas. Después de vaciar el metal fundido en el molde, éste se enfría y solidifica. En esta sección se analizarán los mecanismos físicos de solidificación que ocurren durante la fundición. Los aspectos asociados con la solidificación incluyen el tiempo de enfriamiento del metal, la contracción, la solidificación direccional y el diseño de las mazarotas.
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En cuanto a su importancia el aluminio es un material realmente valioso pues es más ligero que otros metales como puedan ser el acero o el cobre. Además, cuenta con una resistencia bastante alta, por lo que sirve para construir piezas clave para diferentes máquinas pudiendo aguantar mejor el desgaste. Por último, no hay que olvidar que este metal es un excelente conductor de electricidad y de calor, no es tóxico ni tampoco magnético. Todo ello hace que el aluminio sea un bien codiciado por las empresas modernas.
Pregunta2: Seguridad industrial a considerar en los talleres de fundición. Respuesta:
SEGURIDAD INDUSTRIAL EN TALLER DE FUNDICION Toda persona que opere una máquina o herramienta en un taller de fundición debe tener en cuenta reglas de seguridad, ya que la mayor parte de los accidentes es ocasionado por falla humana de un descuido, causados por los malos hábitos de trabajo.
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PRECAUCIONES La mayoría de los accidentes son causados por descuido y por tanto estos pueden prevenirse. Para lo mismo se deben seguir las siguientes recomendaciones:
Nunca use ropas sueltas cerca de las maquinas. No use anillos, relojes, etc., que puedan ser cogidos por las maquinas. No trate de usar una maquina sin antes entender perfectamente su mecanismo, y asegúrese que sabe cómo parar la maquina antes de arrancarla. Conserve siempre el piso el piso libre de aceite, grasa, herramientas y recortes de metal. Pare siempre la máquina antes de medir, limpiar, o hacer cualquier ajuste. Nunca opere una máquina a menos que todos los aditamentos de seguridad estén en su lugar. No trate de parar la máquina con sus manos. Evite las bromas y juegos en el taller. Use siempre lentes de seguridad al trabajar con esmeriladores, cepillos o en cualquier parte donde se produzcan astillas o virutas. Busque los primeros auxilios inmediatamente para cualquier herida sin importar qué tan pequeña sea.
El buen cuidado del taller no consiste sólo en la limpieza sino en limpieza y orden; en cultivar el hábito del aseo; tener un lugar para cada cosa y cada cosa en su lugar. Todas las áreas de trabajo deben conservarse limpias y libres de estorbos a cada hora.
PROTECCIÓN DEL OPERADOR EN TALLER DE FUNDICION Se reconoce que el uso del equipo protector personal es una consideración importante y necesaria en el desarrollo de un programa de seguridad. El método correcto es siempre el mejor. Los estudiantes no ven con gusto, por su incomodidad, el empleo de dispositivos de protección personal
Pregunta 3: Tipos de hornos utilizados en fundición (utilizar imágenes), ventajas y desventajas. Cuando se hace necesario la aplicación de cada uno de ellos. Respuesta:
Se sabe que en todo proceso de fundición el metal se calienta hasta que se convierte a estado líquido para verterlo en un molde y este tome la forma deseada,
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este proceso se lleva a cabo dentro de un horno. Para seleccionar el tipo de horno más apropiado debemos considerar la aleación por fundir, temperatura de fusión y vertido, requerimientos de capacidad del horno y otros factores ajenos al proceso de fundición, pero igual de importantes.
CUBILOTES:
Es un horno cilíndrico vertical equipado con una canal de paso (o bebedero de sangrado) cerca de su base. Consiste en un cascarón grande de placa de acero recubierta con material refractario.
Fuente: Fundamento de Manufactura
La “carga” consiste en hierro, coque, fundente y tal vez elementos de aleación, y
se introduce a través de una puerta que se localiza a menos de la mitad de la altura del cubilote. Por lo general, el hierro es una mezcla del tipo de primera fundición (arrabio) y chatarra (incluidos mazarotas, vaciaderos y bebederos solidificados, procedentes de fundidos anteriores). El coque es el combustible que
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se usa para calentar el horno. Se introduce aire forzado a través de las aberturas cerca de la base del cascarón para la combustión del coque. El fundente es un compuesto básico como la caliza, que reacciona con la ceniza del coque y otras impurezas para formar la escoria. Ésta sirve para cubrir el fundido, e impide que reaccione con el ambiente dentro del cubilote, y también reduce la pérdida de calor. Conforme la mezcla se calienta y ocurre la fundición del hierro, se desaloja periódicamente el horno para verter metal líquido. Este tipo de horno se usa solo para HIERROS COLADOS, aunque también se emplean otros hornos.1 Ventajas:
- Muy baja inversión si no es imprescindible el equipo depurador de gases, exigido en las zonas urbanas. - Alta eficiencia térmica, por trabajar a contracorriente la carga y los gases que la atraviesan. Si de algún modo económico se precalientan el aire con el calor latente de los gases, se mejora dicha eficiencia. - Con materiales seleccionados y una correcta marcha, se obtiene muy buena calidad de fundición gris y nodular comunes y levemente aleadas. Estos representan en volumen, el 80 % de los metales obtenidos por moldeo Desventajas: - La
contaminación atmosférica es la principal, por la producción de humos y gases
tóxicos. En zonas urbanas se hace imposible pensar en su utilización, y como dijimos los depuradores son prohibitivos económicamente. - Exige una complicada y correcta programación de los moldes, para evitar por todos los medios interrumpir la marcha del horno. - Provoca desequilibrios en la composición química y caída de la temperatura difíciles de corregir.
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Cfr. La práctica de la fundición. Página 235. Fundamentos de Manufactura Moderna.
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- Cuando se pone en marcha el horno, produce continuamente y sin interrupción un volumen grande de metal por varias horas; simultáneamente, deben producirse varias tareas como colado de las piezas, producción de nuevos moldes, cambiar los contrapesos en ellos para contrarrestar la presión ferrostática, cargar de material al horno, desmolde de lo ya colado, y otras tareas y movimientos paralelos. - Cuando no se produce gran volumen todos los días, demandan mucho personal simultáneamente, y se debe recurrir a personal de otros sectores como rebaba y noyería, que deben interrumpir sus actividades.
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CRISOLES Estos hornos funden el metal sin que tenga contacto directo con una mezcla combustible. Por esta razón, en ocasiones se les llama hornos de combustible indirecto. En las fundidoras se utilizan tres tipos de crisoles: a) móvil, b) estacionario y c) de volteo, los cuales se ilustran en la figura 11.19. Todos emplean un contenedor (el crisol) hecho de material refractario apropiado (por ejemplo, una mezcla de arcilla y grafito) o una aleación de acero de alta temperatura, para contener la carga. En el crisol móvil, éste se coloca en un horno y se calienta lo suficiente para derretir la carga de metal. Los combustibles comunes para estos hornos son petróleo, gas o carbón en polvo. Cuando el metal se derrite, el crisol se eleva fuera del horno y se usa como cuenco de vertido. Los otros dos tipos, que en ocasiones reciben el nombre de hornos de vasija, tienen el horno para calentar y el contenedor como unidad integrada. En el horno de crisol estacionario, el horno es estacionario y el metal fundido se extrae del contenedor con un cucharón. En el horno de crisol de volteo, todo el conjunto se inclina para hacer el vertido. Los crisoles se emplean para metales no ferrosos tales como bronce, latón y aleaciones de zinc y aluminio. Las capacidades de los hornos por lo general están limitadas a varios cientos de libras. 3 2
Cfr. Hornos de fusión.Materiales ferrosos y sus aplicaciones. Cfr. La práctica de la fundición. Página 236. Fundamentos de Manufactura Moderna.
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Fuente: Fundamento de Manufactura
Ventajas:
- Completamente versátil y funde todo tipo de material - Bajo volumen de gases efluentes - Uso eficiente de energía eléctrica Desventajas
- Costos energéticos altos - Pérdidas de polvo pequeñas debido a bajo gas - Carga seca4
HORNOS DE INDUCCIÓN Un horno de inducción emplea corriente alterna que pasa a través de una bobina para desarrollar un campo magnético en el metal, y la corriente inducida que resulta ocasiona el calentamiento rápido y la fundición del metal. El campo de fuerza electromagnética hace que ocurra una acción mezcladora en el metal líquido. Asimismo, como el metal no entra en contacto directo con los elementos calientes, el ambiente en que tiene lugar se puede controlar de cerca. Todo esto da como resultado metales fundidos de calidad y pureza altas, y los hornos de inducción se emplean para casi cualquier aleación cuando esos requerimientos 4
Cfr. Horno de crisol. Slideplayer.
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son importantes. En el trabajo de fundición son comunes las aplicaciones de fundir aleaciones de acero, hierro y aluminio.5
Fuente: Horno Eléctrico. Slideshare.
Ventajas:
- Baja contaminación ambiental - Permite fabricar todo tipo de aleaciones ferrosa, y muchas no ferrosas. - Conducción relativamente sencilla - Se obtiene excelente control de calidad, por permitir ajustes de composición química y temperatura. - No introduce en el metal fósforo ni azufre
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Cfr. La práctica de la fundición. Página 236. Fundamentos de Manufactura Moderna.
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- Permite programación de fusión y colado constante; no se produce acumulo de tareas como con el cubilote; el día de fusión no es necesario parar todos los sectores como con el cubilote. Desventajas:
- Básicamente, se reduce a su alta inversión, máxime si se desea producir sólo con él grandes volúmenes. - El costo de producción es relativo al de energía eléctrica, coque y eventualmente gas.6 HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO En este tipo de horno, la carga se funde debido al calor generado por un arco eléctrico. Existen varias configuraciones, con dos o tres electrodos. El consumo de energía es alto, pero los hornos eléctricos se diseñan para que tengan capacidad alta de fundición (23 000 a 45 000 kg/h, o 25 a 50 ton/h), y se usan sobre todo para fundir acero.7
Fuente: Horno de Arco Eléctrico. Slideshare. 6
Cfr. Hornos de fusión. Materiales ferrosos y sus aplicaciones. Cfr. La práctica de la fundición. Página 237. Fundamentos de Manufactura Moderna.
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Ventajas:
-
Instalación más sencilla y menos costosa que otros hornos para fabricar aceros
-
Se obtienen temperaturas más elevadas, del orden de los 3500°C
-
No se producen gases de combustión, polvos.
-
No son necesarias chimeneas o recuperadores
-
El aprovisionamiento de materia prima es más fácil y libre
Desventaja
-
Provoca irradiaciones de rayos luminosos, infrarrojos y ultravioleta8 A plicabilidad s eg ún tipo de horno (f: fus ión, m: mantenimiento)
Fuente: Técnicas y procesos de las fundiciones. Forja y Fundición.
Pregunta 4: Describa el proceso de fundición a la cera perdida. ¿Cuándo se hace necesario o se justifica su aplicación? Respuesta:
FUNDICIÓN A LA CERA PÉRDIDA
El proceso de fundición "a la cera perdida" tiene sus orígenes en culturas milenarias que ya conocían sus ventajas y rendimiento debido al poco desperdicio de metal cuando se usa cera perdida. Este método ya era utilizado por los sumerios del valle del Tigris y el Éufrates, alrededor del año 3000 a.C.; 8
Cfr. Técnicas y procesos de las fundiciones. Forja y Fundición.
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posteriormente se extendió por el Oriente Medio y llegó a China alrededor del año 1500 a.C. Todas las grandes civilizaciones de la Antigüedad, Egipto, Grecia, Roma., se beneficiaron de sus excelencias y eficacia. El punto de partida es la pieza original realizada en cera. A partir de dicho modelo, se elabora un molde en cerámica en el que quedan impresos, con toda exactitud, los rasgos de la pieza. Los pasos a seguir son los siguientes: Un molde, con la forma de la pieza a ejecutar, se rellena con cera líquida, al endurecerse la cera se obtiene una reproducción en este material del modelo primitivo.
Molde para hacer el modelo
Al modelo en cera se le agregan la red de canales de llenado, bebederos y respiraderos necesarios para logar realizar el llenado de metal fundido posteriormente, estas partes también se realizan en cera. Se adhieren varios modelos de cera en un “árbol”, para facilitar la fundición de varias piezas a la vez.
Ensamble de los modelos
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Se procede a la inmersión de todo el conjunto en un baño cerámico que posteriormente formara el molde final. Esta operación debe repetirse hasta que el conjunto este totalmente cubierto y el espesor del material cerámico sean suficiente para soportar la presión generada por el metal fundido.
Proceso del molde
Posteriormente se quema la cera al introducir el molde refractario en un horno a una temperatura superior a la temperatura de fusión de la cera, asegurándose de eliminar por completo hasta el menor vestigio de esta.
Fusión del modelo
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Cuando la cera está totalmente eliminada, se procede a vaciar en el molde metal fundido, este entra por los bebederos y se esparce por los canales de colada de tal forma que cubre la cavidad del molde donde se encontraba la cera perdida. Luego que el metal se enfría, se destruye el molde, quedando al descubierto la pieza y todo el entramado de arterias que ahora son de metal, las cuales serán suprimidas.
Proceso de fundición
Finalmente se procede a cincelar y repasar la superficie para eliminar las imperfecciones de la pieza final.
Pregunta 5: Ensayo y análisis de arenas de moldeo, su aplicación ¿Cómo influyen de cada una de las propiedades o características de la arena de fundición, en el producto obtenido por fundición en moldes de arena? Respuesta:
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Las arenas de moldeo, como su nombre lo dice, son usadas para realizar el moldeo de piezas elaboradas mediante el proceso de fundición, en el cual se calienta un determinado metal hasta alcanzar su punto de fusión para poder trabajarlo de forma líquida, posteriormente el metal es vertido en moldes hechos con esta arena, la cual deberá cumplir con una serie de características como refractariedad, permeabilidad, fluidez y resistencia; además se deberá verificar que estas arenas no contengan carbonatos, óxidos o micas lo cual podría ocasionar sopladuras durante el proceso. Para cumplir con las especificaciones necesarias, para ser usadas en la fabricación de piezas por fundición, se deberán realizar ensayos que han sido estandarizados por la Asociación Norte-Americana de Fundidores (AFS) y son las siguientes:
Ensayo de Humedad: mediante este ensayo, se extraen algunas muestras de la arena con la que se va a trabajar y se somete a altas temperaturas dentro de un horno para eliminar todo rastro de agua o humedad en ella, posteriormente se define de forma porcentual la cantidad de peso que se perdió pues será la cantidad de agua o humedad presente en la arena, este resultado deberá estar dentro del intervalo estandarizado (7.10 - 8.58).
%= ∗100 ∶ ∶
Ensayo para determinar porcentaje de arcilla: para este determinado ensayo se trabajará con muestras de 50 gramos de arena la cual deberá haber sido secada previamente, luego será mezclada con una solución de hidrato sódico (esta sustancia evitara que la arcilla se deposite en el fondo del contenedor) y agua destilada para ser depositadas en un lixiviador que tendrá la función de agitar la solución de una forma más uniforme y mediante un proceso de decantación se procederá a eliminar
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la arcilla de dicha muestra. Finalmente se realiza una comparación porcentual de pesos, como en el ensayo anterior, mediante la siguiente fórmula para determinar la cantidad de arcilla que estaba presente en la muestra.
∗ 100 %= 50é 50
Ensayo para determinar la forma de los granos de Silice: Este ensayo se realiza de forma complementaria al anterior, pues se trabaja con el material resultante después de haber retirado todo rastro de arcilla de la muestra, dicho material deberá ser analizado con la ayuda de un microscopio altamente especializado y se identifica las distintas formas de grano de sílice y los diferentes tipos de cuarzo (sílice cubico, hexagonal, monocristalino, triclínicos, siloides, sílex, etc.)
Fuente: Tesis, Universidad de Piura
Ensayo de Finura: el procedimiento estandarizado por las AFS determina que este ensayo se realice con el uso de una serie de tamices las cuales estarán dispuestas una sobre otra y cernirán la muestra con la ayuda de un aparato vibrador (los tamices deberán ser de números 6, 12, 30, 40, 50, 70, 100, 140, 200, 270).
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Una vez terminado se procede a realizar cálculos porcentuales de los cuales obtendremos el grado de finura para ser comparado con los valores estándar que presentamos a continuación. Granulometría
Nro. de Finura
Tamaño de Grano
Gruesa
15 – 35
1 – 0.5 mm
Media
35 – 60
0.5 – 0.25 mm
Fina
60 – 150
0.25 – 0.10 mm
Finísima
> 150
> 0.10 mm
Ensayo de permeabilidad: Para desarrollar dicho ensayo de hará uso de una probeta cilíndrica que contenga dimensiones y grados de compresión, previamente, establecidos. Se procede a compactar la muestra y por medio de presión se transmite aire a través de ella mientras se calcula con aparatos especializados la cantidad de aire que atraviesa
dicha
muestra
y
el
tiempo
requerido
para
pasar
completamente, debemos tomar en cuenta que la cantidad de aire que traspasa será directamente proporcional a la permeabilidad e inversamente proporcional a la altura.
Ensayo de Dureza: Es usualmente usado en moldes formados por arenas naturales o sintéticas y se determina por la resistencia del molde
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a ser penetrado, por una esfera, en la superficie; la cual será calculada de forma digital por herramientas de medición especializadas.
Ensayo de Refractariedad: Para el siguiente ensayo se requiere de dispositivos eléctricos (con una cinta de platino que funcionará como conductor) para poder controlar de manera efectiva la temperatura que se le asigna a un molde específico, para ello se trabajará con un pirómetro óptico que obtendrá las mediciones de temperatura.
Finalmente determinamos la gran importancia que tiene cada característica que presentara la arena que será usada para realizar los respectivos moldes, una correcta refractariedad del molde nos asegura que podrá resistir correctamente las altas temperaturas que alcanza el metal fundido, la permeabilidad nos asegura que el aire, contenido en el metal fundido o en el mismo molde, se eliminarán de forma correcta y así evitar malformaciones en la pieza; Por otra parte la fluidez nos asegurará que el molde será capaz de conservar la forma que se le ha determinado; la resistencia nos indica cómo reaccionará el molde cuando es sometido a esfuerzos mecánicos y sobre todo al empuje que desarrollará el metal fluido al ingresar al molde.
Pregunta 6:
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Principales defectos que se pueden presentar en una pieza obtenida por fundición. Indique el origen, la causa de la presencia del defecto en la pieza y las acciones que se debe hacer para evitarlo. Respuesta:
Los defectos que aparecen en las piezas fundidas tienen su origen en alguna parte del proceso indebidamente controlada. En el proceso de fundición se presentan en mayor variedad que en cualquier otro proceso de fabricación. Los defectos de fundición son numerosos, por lo que se distinguen, ante todo, entre los defectos advertibles desde el exterior de la pieza y los defectos sólo advertibles por el examen del interior de la misma. Los defectos manifiestos de la pieza pueden afectar a la forma, a la superficie y al conjunto de la pieza. Los defectos ocultos se muestran por soluciones internas de continuidad, composición y estructura inadecuada, e inclusiones de materias heterogéneas. Defectos del exterior de la pieza: Las deformaciones de los alabeos manifiestan tensiones internas y pueden alcanzar valores capaces de provocar también hendiduras, roturas espontáneas o por solicitaciones externas e inclusiones de pequeño valor.
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Las deformaciones y alabeos se presentan de modo particular en las piezas extendidas en longitud o en superficie. Tales defectos de obstáculos encontrados por la contracción, de enfriamiento anisotérmico después de la solidificación, por causas intrínsecas en la pieza o por causas externas.
Los aplastamientos y los hundimientos consisten en la reducción del espesor de las piezas a causa del hundimiento de una parte del molde o del alma, o por la inflexión de la media caja superior por carga excesiva, etc.
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Los empujes y las rebarbas dependen del cierre imperfecto de las cajas en el acto de la colada.
Los movimientos de la caja pueden ser motivados por varias causas. Si una pieza ocupa dos medias cajas, y éstas tienen los pernos o bulones de registro y sus respectivos agujeros deteriorados por el uso, puede ocurrir que la pieza resulte desviada.
Son causas también de falta de registro los machos que tienen las entregas demasiado pequeñas en comparación con las portadas de moldeo o que no han sido fijados, según las reglas del arte, con soportes adecuados en el molde, etc.
Las hinchazones son unos abultamientos locales redondeados que se forman cuando, por efecto de la presión metalostática, las paredes del molde no bien atacadas ceden en un
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punto cualquiera. Los abombamientos son parecidos, menos levantados, pero más extendidos.
Las exfoliaciones se forman, en general, en las proximidades de un terrón de arena atacada y por eso poco permeable. En el acto de la colada, los gases que se acumulan en la masa del molde provocan el desmoronamiento del terrón, el cual, si el metal está aún fluido, flota y va a posarse contra las paredes superiores del molde. La pieza presenta después, por debajo, una protuberancia, y, por arriba, una inclusión de arena desprendida que no sale a la parte superior, sino que queda aprisionada en la pieza. A menudo la exfoliación está acompañada de sopladuras o burbujas.
La darta es una batidura delgada de metal en la parte separada de la pieza y unida con el resto de la misma por una lengua de metal llamada grapa. Es causada por la escasa permeabilidad; los gases levantan una costra de arena, pero sin separarla, de la costra misma. Hay una dilatación del techo del molde que, si es muy duro, puede quedar impedida y se resquebraja.
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Las inclusiones de arena, que se desprende de la superficie superior del molde y va a caer abajo, de donde luego puede ser arrastrada a puntos más altos del molde. El inconveniente sobreviene antes de la colada, también para hechos mecánicos externos, o en el momento de fundir, mientras el metal entra en el molde.
Si se interrumpe la colada o si la corriente del metal se desdobla, el nuevo metal alcanza el vertido con anterioridad, aunque sin soldarse ambos; se tiene así la soldadura y la intermitencia.
Las piezas no llenas se presentan cuando el metal, por una razón cualquiera, no llena del todo el molde; las discontinuidades, cuando en una zona dada hay una interrupción total o parcial. El defecto se presenta también bajo forma de grieta o costura de bordes redondeados.
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Los arranques de partes del molde se producen cuando, por ejemplo, el metal líquido durante la colada arranca una parte del molde, especialmente en las esquinas de los bordes. La pieza presenta en tal punto una acumulación irregular y desigual de metal. Para obviar este defecto es preciso usar arenas adecuadas y reforzar con clavos las zonas frágiles y peligrosas. Aparecen unas pequeñas depresiones de forma irregular en la pieza acabada que pueden estar distribuidas al azar o reunidas en grupos en donde se han juntado las impurezas, en uno o más vértices formados en el metal caliente.
Defectos en el interior de la pieza: Las porosidades, los pequeños agujeros, las burbujas y las sopladuras tienen todas análogo aspecto. Se tratan de burbujas esféricas o aplanadas de superficie lisa, provocadas por gases disueltos en el metal que escapan en el acto de la solidificación, o de gases o vapores que se forman en el molde, o al contacto de éste con el metal, y que, a causa de la escasa permeabilidad del molde, tratan de encontrar un paso a través del metal líquido, donde quedan aprisionadas en el acto de la solidificación.
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Las sopladuras son a menudo provocadas por los machos rodeados por gran cantidad de metal, y por eso, aunque permeables, con escasa posibilidad de digerir todos los gases.
Los rechupes y contracciones o meniscos son cavidades con paredes recortadas por la presencia de dendritas formadas durante la solidificación. Alguna vez las dendritas ocupan por entero la cavidad, y se tiene la porosidad dendrítica. Si hay multitud de pequeñas cavidades diseminadas en los intervalos interdendríticos e intercristalinos, se tienen los microrrechupes.
Otros defectos comunes en la fundición son el temple localizado, el temple difuso y el temple inverso; tales temples o aumentos de dureza se manifiestan con un emblanquecimiento parcial o total de la sección; en la zona defectuosa casi todo el carbono es carbono combinado (carburo de hierro Fe3C), la dureza Brinell supera los 400÷450 Hd, y el metal ya no es mecanizable en la máquina herramienta a las velocidades o con los avances previstos. Ordinariamente estos defectos derivan de una
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diversidad de espesores en la pieza y, por tanto, de la inadecuada composición del metal para los espesores más delgados.
Otro de los defectos es la de las inclusiones, se produce cuando cuerpos extraños (escoria, arena, negro, etc.) son arrastrados por el metal durante la colada, o arrancados del molde, y permanecen aprisionados en el mismo metal seguidamente a la solidificación de la pieza.
Una inclusión particular son las gotas frías, pequeños cuerpos esferoidales de metal incorporados al metal mismo, pero sin formar con él un todo; son ocasionadas por salpicaduras del metal en el interior del molde: las gotas, en contacto con el molde frío y a veces húmedo, se templan y oxidan, con lo que se endurecen y no se amalgaman con la masa metálica.
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PIEZAS ASIGNADAS (Pieza Nro. 09) Considerando: Material a fundir
Cobre, se utilizará mazarotas cilindricas.
Determine :
1. Las dimensiones del modelo, y presente los planos de la pieza y del modelo con sus respectivas dimensiones.
Pieza con acabado
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Pieza sin acabado
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Pieza expandida
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2. Las dimensiones de la(s) mazarota(s), del cuello de la mazarota, su ubicación y número de mazarotas.
Justifique sus repuestas con sus
cálculos. Como premisa del problema nos dan que la altura de la mazarota (H m) es igual al diámetro de la mazarota (D m), por tanto:
= = = 1 Al reemplazar en la fórmula:
× = √ 1 .5× 2+4× = √ 1 .5× 6 Reemplazamos V y A de la pregunta 1:
= √ 1 .5×25.456 6 65.476
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= 2.856965 = 2.856965 Para hallar el número de mazarotas:
18.3149 = = 43.7709 =0.4184≈1 Es decir, se requiere de 1 mazarota. La ubicación de la mazarota será en el lugar donde se concentre la mayor cantidad de calor, esta será en la parte posterior de la pieza:
Fuente: Propia
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Analizamos si la mazarota se seca después que la pieza, entonces comparamos los tiempos de solidificación para ambas figuras:
3149 =0.4762× = × 18. 38.4601 456 =0.3888× = × 25. 65.476 Se comprueba que la mazarota secará después que la pieza. Además, calculamos cuál es el porcentaje de mazarota con respecto a la pieza:
= 18.3149 ×100%=71.95% 25.456 Puesto que el porcentaje de la mazarota respecto a la pieza es elevado y se comprueba el tiempo de solidificación, consideramos conveniente utilizar la mazarota tipo superior.
Asumimos un diámetro menor a la mitad del diámetro de la mazarota: DN=1.2 in LN=0.6286 in
3. Las dimensiones del bebedero, que garantice una colada sin turbulencia. 2.856965in=0.0725669 m v: velocidad
= 2××0.0725669 =1.1932 ⁄
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Además, se tiene en cuente que la altura de bebedero es la misma que de la mazarota, entonces: Hm=2.856965in También considerar: Vbebedero=0.1xVpieza Vbebedero=2.5456 in3 Puesto que se tiene que cumplir la condición de no turbulencia, entonces:
Se cumple la condición si el número de Reynolds es menor a 2000.
⁄ ××8.96 119. 3 2 = 0.5 =2138,2144× <2000 <0.9353 ≈0.93 Entonces el diámetro de la sección de descarga: = 0.3661 Altura del bebedero: Hm=2.856965in
4. En un esquema de la caja de moldeo, muestre la disposición de los componentes necesarios, para realizar la colada (la pieza, bebedero, mazarotas etc.) IMAGEN DEL MOLDE
5. La cantidad de material, en kg, que necesita fundir para obtener la pieza por fundición.
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Para hallar la cantidad del material, primero se procederá a hallar la densidad del líquido:
´ = ó ×1ó×1ó×1í ´ =8.96 ×10.075×10.045×10.08 í =7.28 Finalmente, para obtener la masa del material:
=417.15 ×7.28 × 11000 = 3.0368 La cantidad de material que requerimos es aproximadamente 3.04 Kg.
6. El rendimiento de la fundición, ¿cómo influye en la economía del Proceso? ¿Qué se puede hacer para mejorar el rendimiento? Primero, hallamos el rendimiento del volumen de la pieza:
25. 4 56 = 25.456 +18.3149 +0.3 =57.76% El rendimiento total respecto a todo el material usado es 57.76% por lo que lo coloca en el promedio normal en el que se ubica la cantidad de material usado. Para mejorar el rendimiento pudo haberse empleado la mazarota lateral, pero como vimos en la pregunta 2 al realizar los cálculos hallamos que el tipo de mazarota usada es también apropiada. 7. La energía térmica necesaria para realizar la fundición del metal (llevar al metal a temperatura de colada). Para hallar la energía que necesitamos emplearemos la fórmula: H = m {Cs ( Tf – Ta) + Cf + Cl (Tc – Tf)}
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Teniendo en cuenta que Tf= 1084°C y Tc= 1200°C
=3036.8× [0.092×108425 +82+0.86×12001084] =847838,1184 Asumiendo que utiliza petróleo ¿Cuántos galones de combustible necesita? Finalmente, hallamos la cantidad de galones:
1 1 1 ° = 847838,1184× 10516264 × 3.785 × 1 ° :0.0213 8. El tiempo de llenado de la cavidad de la pieza y de su(s) mazarota(s).
= × 2 ×× ×0.3661 = 4 =0.1053 456 − = 0.1053× 25. 2 ××2.856965 = 32,29 = ×2√ × 2 4 ×2.8569 × 2√ 2.8569 = ×0.3661 × √ 2 ×9,81 4 = 46.48 = 32.29+ 46.48 = 78.77 9. La fuerza de flotación (empuje metalostatico), importancia conocer la fuerza de flotación, ¿necesita agregar peso, sobre la caja superior?
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= í × = 7.28 × 138437,92 =1007828,06 Calculamos el peso en la parte superior de la caja:
= × = 7.28 2.32 ×80626.24 = 399906 1007828,06399906
W=
+0.08x1007828g
W=6,8855 Kg
10. DOP de las actividades a realizar para obtener la pieza por fundición, sin acabado.
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PIEZAS ASIGNADAS (Pieza Nro. 10) Considerando: Material a fundir Determine :
Cobre, se utilizará mazarotas cilíndricas con H=D.
1. Las dimensiones del modelo, y presente los planos de la pieza y del modelo con sus respectivas dimensiones.
Pieza con acabado
Pieza sin acabado
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Pieza expandida
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2. Las dimensiones de la(s) mazarota(s), del cuello de la mazarota, su ubicación y número de mazarotas. Justifique sus repuestas con sus cálculos.
Dimensión de la mazarota Sea el volumen de la pieza igual a 809908.545 mm 3 y el área igual a 96076.218 mm2, entonces podemos calcular la dimensión de la mazarota requerida.
=1.2 × 6 =1.2 × 809908.545 mm3 6 96076.218 mm2 = 60.695
Dimensión del cuello de la mazarota
= +0.2 × = 20 +0.2 × 60.695 = 32.139
Se tomará el valor de 2 cm (20 mm) para , lo cual nos llevará a poder calcular la dimensión del cuello de la mazarota.
Ubicación de mazarota
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Conociendo que el espesor más angosto T de la pieza es de 20 mm; además, conociendo la siguiente fórmula:
=
= 60.695
+(4× )
+(4×20
)
=140.695
Número de mazarotas
= 4 × (60.695 )2 × (60.695 ) = 175609.752 3 = × (14%− ) = 175609.752 3 × (14%− 6%6%) =234146.336 3 = 809908.545 3
Entonces, tras los resultados obtenidos, podemos verificar que el volumen alimentado es menor al volumen de la pieza, por lo que se requerirán por lo menos de dos mazarotas en la caja de moldeo para fabricar la pieza.
3. Las dimensiones del bebedero, que garantice una colada sin turbulencia.
= × η ×
Velocidad de bebedero
= 2 ∗ ∗ ℎ = 2 ∗981 ∗6.0695 = 109.13 =0.5 =7.85
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Cumplimiento del régimen laminar
Diámetro y altura de bebedero
∗ ∗ = =7.85 113.62 ∗1.12 ∗7.85 2000 > 0.5 = 1997.894 = 1.12 ~ 11.2 = = 6.50695 ~60.695
4. En un esquema de la caja de moldeo, muestre la disposición de los componentes necesarios, para realizar la colada (la pieza, bebedero, mazarotas etc.) Indique las dimensiones de la caja de moldeo que va a necesitar. Justifique su respuesta con sus cálculos. Se determinó una distancia de 40 milímetros entre el modelo y la pieza para que la caja de moldeo no choque con la pieza, por lo que se colocará arena entre ellos. Las medidas con las que se realizó la caja son con aquellas que permiten una colada sin turbulencia. Las dimensiones de la caja realizada son l as siguientes:
Altura 260 mm
Largo 228 mm
Ancho 200 mm
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5. La cantidad de material, en kg, que necesita fundir para obtener la pieza por fundición. Sea el volumen total de la pieza de 809908.545 mm 3y la densidad del líquido que se calculará a continuación:
í = ó × 1óó × ( 1 óó) × ( 1óí) í = 8.96 × 10.075 × 1 0.045 × 1 0.028 í = 7.85
La cantidad de material que se requiera fundir para obtener la pieza se obtiene multiplicando la densidad por el volumen.
0. 0 01 =809908.545 ×7.85 × 1000 × 1
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= 6.358 Por tanto, la cantidad de material necesario para fundir es de 6.4 kg aproximadamente para obtener la pieza por fundición.
6. El rendimiento de la fundición, ¿cómo influye en la economía del Proceso? ¿Qué se puede hacer para mejorar el rendimiento? El rendimiento se calculará mediante la divi sión del volumen final de la pieza que se obtendrá entre el volumen de la pieza total, es decir, el modelo.
636331. 8 38 = 809908.545 =0.78568 ≈78.568% El rendimiento de la fundición para esta pieza es de aproximadamente 79%. Este porcentaje influye de manera directa en la e conomía del proceso debido a que mientras menor sea el rendimiento, es porque el resultado final ha sido menor al que se estableció para empezar a fundir la pieza. Mientras se pierda más material al momento de fundir, los costos serán mayores debido a una mayor utilización de materia prima en las piezas. Este proceso podría mejorarse con un monitoreo y seguimiento a todas las actividades que se realicen para obtener la pieza final. Además, se podría recomendar realizar mantenimiento preventivo y calibraciones periódicas a la máquina.
7. La energía térmica necesaria para realizar la fundición del metal (llevar al metal a temperatura de colada). Este cálculo se llevará a cabo tras la obtención de la cantidad de material requerido para fundir, el valor del calor específico sólido, la temperatura de fusión, el calor de fusión, el calor específico líquido y l a temperatura de colada con un valor de 1200 °C.
= 6358 × {0.092 × 108425 +82+0.86 ×12001084} =1775077.304 1 × 1 ó × 1 ° =1775077.304 × 10516264 3.785 1 ° =0.045
Asumiendo que utiliza petróleo ¿Cuántos galones de combustible necesita?
Entonces la cantidad de galones que se necesitará será de 0.045 galones.
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8. El tiempo de llenado de la cavidad de la pieza y de su(s) mazarota(s).
= × 2 × ×
Pieza:
- Sd: Sección de descarga - H: Altura del bebedero - Volumen de Pieza (plano 3) - Tll: Tiempo de llenado - Tp1: Tiempo de llenado pieza 1 - Tm: Tiempo de llenado mazarota
1= ×1 2 1= ×1.12 809.909 = 75.333 4 × √ 2 ×981×6.0695 × 2√ = × 2 4 ×6.0695 × 2√ 6.0695 = ×1.12 = 19.828 4 × √ 2 ×981 =1+= 75.333+19.828=. 9. La fuerza de flotación (empuje metalostático), importancia conocer la fuerza de flotación, ¿necesita agregar peso, sobre la caja superior?
= × = 7.85 × 20 ×22.8 × 26
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=93069.6 Luego hallamos el peso sobre la parte superior de la caja.
= +8% × = × = 7.85 2.32 × 11856 = 65563.68 Entonces, podemos conocer el peso que se debe agregar sobre la caja superior.
= 93069.6 65563.68 +0.08× 93069.6 = 34994.688 ≈ 34.995
10. DOP de las actividades a realizar para obtener la pieza por fundición, sin acabado.
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