Tema 1: Fundición Fundición Conceptos básicos. Fusión: Calentamiento del metal para la fundición. Llenado de moldes desechables Velocidad del flujo, Caudal, Tiempo de llenado. Solidificación. Tiempo de solidificación, Diseño sistemas de compensación, Sistemas de distribución. Diseño de modelos y noyos en el moldeo de arena.
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Repaso conceptos Ingeniería Fabricación Principales ventajas de la fundición: Económica Piezas netas y casi netas
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Adecuado para piezas de grandes dimensiones Desventajas en algunos tipos de fundición
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Limitación propiedades mecánicas por porosidad
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Limitación: Exactitud dimensión, acabados superficial
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Contaminación
Repaso conceptos Ingeniería Fabricación Operaciones fundamentales proceso de fundición Preparación modelo y molde. Fusión del material.
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Repaso conceptos Ingeniería Fabricación
Repaso conceptos Ingeniería Fabricación
Repaso conceptos Ingeniería Fabricación •
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Colada y solidificación Esta operación depende de una serie de parámetros que definen las condiciones de la fundición (estas condiciones son las que se estudian en este tema). Desmolde de la pieza (extracción de la pieza) Esta operación y la anterior dependen del sistema de alimentación y del sistema de distribución definidos en el molde. Acabado: eliminación del sistema de distribución de la colada
Tecnología de la colada Fundición depende de parámetros independientes de la solución tecnológica adoptada.
Conceptos básicos: •
Colabilidad-Fluidez.
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Contracción.
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Leyes de continuidad de materia, de energía (ecuación de Bernoulli)
Parámetros de la fundición Fase de fusión del metal-aleación Es necesario aportar energía para fundir el metal o aleación. En concreto Energía = energía para pasar de ambiente
! fusión
+ energía de cambio de fase + + energía para pasar de fusión
! vertido
Parámetros de la fundición Recordad qué es la temperatura de vertido. Interesa sobrecalentar el fundido para aumentar la fluidez, y el tiempo de solidificación
Parámetros de la fundición
Ejemplo 1.
Parámetros de la fundición Fase de llenado Proceso: fluido dinámico + transferencia de calor Condiciones para un llenado eficaz: •
Llenar rápidamente el molde
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Evitar la oxidación
•
Evitar el desgaste de la cavidad del molde
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Evitar impurezas
•
Conseguir gradientes de temperatura adecuados
•
Reducir sistema de distribución
Parámetros de la fundición Fase de llenado: Tiempo de llenado
V/Q
Valor fiable! estimación experimental para aleación. Puede estimarse muy grosso modo con Bernoulli
Llenado por la línea de partición
Parámetros de la fundición Fase de llenado: Tiempo de llenado Llenado por la parte inferior del molde
Función nb
V/Q
Parámetros de la fundición Fase llenado: Sistema de distribución.
Parámetros de la fundición Fase llenado: Sistema de distribución. Cavidad de vertido Evitar entrada de aire al sistema, reducir cantidad de movimiento.
Parámetros de la fundición Fase llenado: Sistema de distribución. Bebedero Si no se desea aspiración o turbulencia, entonces la forma del bebedero debería ser cónica.
Función nb
Relación entre áreas At/Ac respecto a H (Sprue height) y h (Depth in pouring basin)
Parámetros de la fundición Fase llenado: Sistema de distribución. Base del bebedero de movimiento
evitar aspiración de aire, reducir cantidad
Parámetros de la fundición Fase llenado: Sistema de distribución. Puertas de entrada y canales de colada Según “British Non-Ferrous Metals Technology Center BNF” " #
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Aleación
v lim (mm/s)
Bronces al aluminio
75
Aleaciones aluminio
250
Aleaciones cobre, niquel, cobalto, aceros 500 Ejemplos 2 y 3.
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Solidificación depende de evacuación calor molde. Evacuación calor: conducción, convección y radiación.
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Proceso complejo
! métodos
numéricos.
Vamos a estudiar modelos simplificados. Hipótesis: 1. Evacuación depende de material molde y fundido. 2. Problema unidimensional. 3. Se vierte metal puro en el molde. 4. El calor a evacuar es sólo el calor de fusión.
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Modelo para moldes desechables. Molde es un aislante
! Conducción.
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Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Modelo para moldes Permanentes. Frontera Molde-fundido es un aislante
! Convección.
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Tiempo de solidificación. Los anteriores modelos pueden aplicarse a geometrías sencillas
aproximando el espesor s (t ) a la relación V / A 1. Ecuación de Chovrinov para desechables
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Tiempo de solidificación. 2. Ecuación de Chovrinov para permanentes
Función nb. Ejemplo 4
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Sistemas de compensación. •
En general, los metales se comprimen cuando se solidifican Excepción: Fundición gris, antimonio, bismuto (siguiente Tabla).
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Problema ! aparecen poros: Microscópicos, debidos a la formación de estructuras dentríticas Macroscópicos, grandes poros por contracción.
•
Solución: introducir metal adicional para evitar huecos y poros. Sistemas de compensación
Microporos Rechupes
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Diseño de sistemas de compensación (mazarotas) cilíndricos. •
Son los más empleados
•
Tipos:
Parámetros de la fundición Fase de Evacuación de calor en moldes. Ecuación de la mazarota •
La mazarota solidificará después que la pieza
•
Una ecuación y dos incógnitas H y D
•
Es necesaria otra ecuación. Buscamos que relación entre H y D produce un tiempo de solidificación menor. Esta relación depende del tipo de mazarota Función nb, Ejemplo 5
Métodos
simplificados: diseño
mazarota
Método de Caine !
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Método del Módulo: módulo mazarota = 1.2 módulo pieza. Método NRL
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Ejemplos 6 y 7
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Diseño de modelos y noyos Modelos. •
Enfriamiento ocasiona contracción en la pieza final. Tiene tres componentes: contracción del metal líquido, contracción por solidificación y contracción del metal sólido.
•
Las mazarotas compensan las contracciones del metal líquido y la de solidificación las contracciones del metal sólido solamente pueden compensarse diseñando el modelo del molde con unas dimensiones superiores a las de la pieza final.
Al
Contracción metal
Contracción por
Contracción térmica del
líquido
solidificación
sólido
0.5 %
7%
5.6 %
