Tipos de moldes y sus caracteristicas. Moldes temporales Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes. Modelos desechables y removibles Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles. Fundición en moldes de arena Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde (por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y dejar que seque hasta que adquiera dureza. Fundición en moldes de capa seca. Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha. Fundición en moldes con arena seca Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben sercocidos en un horno para eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde. Fundición en moldes de arcilla Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho tiempo para su fabricación y no son muy utilizados. Fundición en moldes furánicos Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece losuficiente para recibir el metal fundido.
Fundición con moldes de CO2 En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vezarmado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado. También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican. Fundición en moldes metálicos La fundición en moldes permanentes hechos de metal es utilizadapara la producción masiva de piezas de pequeño o regular tamaño, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusión. Sus ventajas son que tienen gran precisión y son muy económicos, cuando se producen grandes cantidades. Existen varios tipos de moldes metálicos utilizados para la fabricación de piezas por lo regular de metales no ferrosos, a continuación se mencionan algunos de las más utilizados. Modelos. CLASIFICACIÓN DEL PROCESO DE FUNDICIÓN: Según el tipo de modelo: Modelos removibles El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el modelo en el tablero de moldear, que coincide con la caja de moldeo. Enseguida se coloca la tapa sobre el tablero con los pernos dirigidos hacia abajo. Luego se criba sobre el modelo para que lo vaya cubriendo; la arena deberá compactarse con los dedos en torno al modelo, terminando de llenar completamente la tapa. Para moldes pequeños, la arena se compacta firmemente con apisonadores manuales. El apisonado mecánico se usa para moldes muy grandes y para moldeo de gran producción. El grado de apisonado necesario solo se determina por la experiencia. Si el molde no ha sido lo suficientemente apisonado, no se mantendrá en su posición al moverlo o cuando el metal fundido choque con él. Por otra parte, si el apisonado es muy duro no permitirá que escape el vapor y el gas cuando penetre el metal fundido al molde. Después que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de arena arrasándola con una barra recta llamada rasera. Para asegurar el escape de gases cuando se vierta el metal, se hacen pequeños agujeros a través de la arena, que llegan hasta unos cuantos milímetros antes del modelo. Se voltea la mitad inferior del molde, de tal manera que la tapa se puede colocar en su posición y se termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce un poco de arena sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero inferior de moldeo. Este tablero deberá moverse hacia atrás y hacia delante varias veces para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde. Entonces la caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo quedando expuesto el moldeo. La superficie de la arena es alisada con una cuchara de moldeador y se cubre con una
capa fina seca de arena de separación. La arena de separación es una arena de sílice de granos finos y sin consistencia. Con ella se evita que se pegue la arena de la tapa sobre la arena de la base. Enseguida se coloca la tapa sobre la base, los pernos mantienen la posición correcta en ambos lados. Para proporcionar un conducto por donde entra el metal al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija de colada y es colocada aproximadamente a 25 mm de un lado del modelo, las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de gases, se llevan a cabo en la misma forma que la base. Con esto, el molde ha quedado completo excepto que falta quitar el modelo y la clavija de colada. Primero se extrae esta, abocardándose el conducto por la parte superior, de manera que se tenga una gran apertura por donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la mitad superior es levantada a continuación y se coloca a un lado. Antes de que sea extraído el modelo, se humedece con un pincel la arena alrededor de los bordes del modelo, de modo que la orilla del molde se mantenga firme al extraerlo. Para aflojar el modelo, se encaja en el una alcayata y se golpea ligeramente en todas direcciones. Enseguida se puede extraer el modelo levantándolo de la alcayata. Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeño conducto conocido como alimentador, entre la caída del molde hecho por el modelo y la abertura de la colada. Este conducto se estrecha en el molde de tal forma que después que el metal ha sido vertido el mismo en el alimentador se puede romper muy cerca de la pieza. Para prever la contracción del metal, algunas veces se hace un agujero en la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida que la pieza fundida se va enfriando, esta aventura es llamada rebosadero. La superficie del molde se debe rociar, juntar o espolvorear con un material preparado para recubrimiento, dichos recubrimientos contienen por lo general polvo de sílice y grafito. La capa de recubrimiento del molde mejora el acabado de la superficie de colado y reduce los posibles defectos en las superficies. Antes que el metal sea vaciado en el molde, deberá colocarse un peso sobre la tapa para evitar que el metal liquido salga fuera del molde en la línea de partición. Modelos desechables En la fabricación de moldes con modelos desechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocado en el tablero y la base de la caja se moldea en la forma convencional. Se agregan unos agujeros para ventilación y la base se voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la arena en verde es el material común más usado, aunque pueden usarse arenas especiales para otros propósitos, como arena de cara que se utiliza de inmediato alrededor del modelo. La arena en la línea de partición no se aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser separada hasta que la fundición es removida. En cambio, la tapa es llenada con arena y se apisona. En cualquiera de los casos la colada es cortada en el sistema de alimentación o ambas, como usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable. Se hacen los agujeros para ventilación y se coloca algo de peso para oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la alimentación y el sistema de colado.
La colada es vaciada rápidamente en la pieza moldeada; el poliestireno se vaporiza; y el metal llena el resto de la cabida. Después de enfriado la fundición es eliminada del molde y limpiada. El metal es vaciado lo suficientemente rápido para prevenir la combustión del poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio, los gases, debido a la vaporización del material, son manejados hacia fuera a través de la arena permeable y los agujeros de ventilación. Un recubrimiento refractario se aplica comúnmente al modelo para asegurar un mejor acabado superficial para la fundición y le agrega resistencia al modelo. Es obligatorio a veces que los pesos para oprimir los moldes sean parejos en todos los lados para combatir la alta presión relativa en el interior del molde. Las ventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos:: Para una pieza no moldeada en máquina, el proceso requiere menos tiempo. No requieren que hagan tolerancias especiales para ayudar a extraer el modelo de la arena y se requiere menor cantidad de metal. El acabado es uniforme y razonablemente liso. No se requiere de modelos complejos de madera con partes sueltas. No se requiere caja de corazón y corazones. El modelo se simplifica grandemente. Las desventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos: El modelo es destruido en el proceso. Los modelos son más delicados de manejar. El proceso no puede ser usado con equipos de moldeo mecánico. No puede ser revisado oportunamente el modelo de la cavidad.
Corazones. Cuando una pieza de fundición debe tener una cavidad o hueco, tal y como un agujero para un tornillo, debe introducirse al molde alguna forma de corazón. Un corazón se define algunas veces como cualquier proyección de arena dentro del molde. Esta proyección puede quedar formada por el molde mismo o puede ser hecha en otra parte e introducido en el molde después de extraer el modelo. Se pueden formar superficies tanto internas como externas en una pieza de fundición mediante los corazones. Los corazones se clasifican como corazones de arena verde y corazones de arena seca. Los de arena verde son aquellos formados por el mismo modelo y se hacen en la misma arena del molde. Los corazones de arena seca son los que se forman separadamente para insertarse después que se ha retirado el modelo y antes de cerrar el molde. En general deben usarse los corazones de arena verde, siempre que sea posible para mantener el costo de los modelos y de las piezas de fundición en un mínimo. Naturalmente los corazones separados aumentan el costo de producción.
Un corazón debe ser: Permeable: capacidad de la arena para permitir que escapen los vapores. Refractario: capacidad de soportar altas temperaturas. Facilidad de colapso: habilidad para disminuir el tamaño conforme se enfría el colado y se contrae. Resistencia en seco: para que no se erosione y sea arrastrado o cambie de tamaño cuando esté rodeado del metal fundido. Friabilidad: facilidad para desmoronarse y eliminarse con facilidad del colado. Debe tener una tendencia mínima a generar gas.
Metodos de moldeo. 1. Colada por gravedad 2. Colada a presión 3. Colada centrífuga 4. Colada continua Colada por gravedad. Se realiza vertiendo el metal fundido sobre un molde. El metal llena el molde por su propio peso. Hay tres tipos: 1. Colada sobre moldes de arena Se emplea sílice (una arena muy pura) para hacer el molde, mezclada con arcilla y agua para aglomerar la arena. El proceso es el siguiente. Se fabrica el modelo dividido en dos mitades exactamente iguales Se introduce una mitad del modelo en la parte inferior del molde. Hay que dejar un canal de alimentación del metal fundido que sale al exterior por el llamado bebedero (que tiene forma de embudo). Se recubre el modelo con arena, presionando fuertemente para que toda la arena quede compactada. Si es necesario se introduce el macho, que permitirá que la pieza tenga agujeros. Se abre el molde y se extrae el modelo de su interior. Se fabrica la parte superior del molde con idéntico procedimiento Se cierran ambos moldes. Hay que dejar un respiradero para que salga el aire y los vapores (es la mazarota). Colocar el molde en posición de llenado y verter el metal fundido. Dejar el tiempo necesario para que solidifique. Romper el molde, quitando de la pieza la arena que quede pegada. La arena se vuelve a reutilizar.
Este es un proceso económico, apto para temperatura altas y todo tipo de metales, pero tiene el inconveniente de tenerse que realizar un molde para cada pieza.
2. Colada por coquilla Las coquillas son moldes metálicos permanentes (normalmente de acero o fundición gris) que, al contrario que el método de moldeo con arena, permite obtener un número muy elevado de piezas iguales utilizando el mismo molde. Las coquillas son mucho más caras quelos moldes de arena, pero resulta rentable si se fabrican con ellas un número elevado de piezas (hasta miles).Presenta otra ventaja, al ser el molde metálico, la velocidad a la que se enfría la pieza es mayor., además, la precisión de la piezas obtenidas es mayor. El proceso de fabricación por coquilla es el siguiente:
Se precalienta la coquilla, que normalmente consta de dos partes. Se vierte el metal y se llena la cavidad. Se deja enfriar el contenido hasta que se solidifique. Se abre el molde y se extrae la pieza.
3. Colada por cera perdida Se emplea para fabricar objetos artísticos o de forma muy compleja y pequeña. El procedimiento es el siguiente: Se crea un modelo de cera. Se cubre el modelo con arena especial o yeso, dejando los orificios pertinentes para el llenado del metal y para la salida de los gases. Se deja secar el molde para que adquiera la forma del modelo. Se calienta el molde y se derrite la cera que se retira. Se llena el molde del metal y se extrae la pieza rompiendo el molde.
B. Colada por presión o inyección Se lleva a cabo introduciendo la masa metálica fundida en el interior del molde forzando la entrada en el mismo. En este método se emplean moldes permanentes. El metal se inyecta en el molde por medio de una máquina, que suele ser un émbolo. Los moldes son coquillas, aunque se suelen denominar matrices. Este método presenta la ventaja de que pueden fabricarse piezas de formas complicadas de una manera bastante económica y de gran precisión.
C. Moldeo por fuerza centrífuga Este tipo de colada se realiza haciendo girar el molde alrededor de un eje, con lo que la fuerza centrífuga obliga al metal fundido a rellenar todas las cavidades del mismo. Se emplea fundamentalmente para moldear piezas de revolución (por ejemplo tubos), sin necesidad de emplear machos El espesor del tubo estará en función de la cantidad de metal colado. D. Colada continua. Consiste en llenar un recipiente de metal fundido procedente de los hornos de fundición. El metal cae por un orificio, se solidifica y se obtiene una tira continua de sección semejante a la del molde. Esta tira cae en vertical y va avanzando para ser cortada posteriormente.
Los tipos de hornos que se usan en un proceso de fundición son:
Horno de crisol (móvil, estacionario y basculante). Horno eléctrico. Horno por inducción. Horno de arco eléctrico. Horno basculante. Horno de cubilote.
Hornos de crisol.
En estos hornos se funde el metal, sin entrar en contacto directo con los gases de combustión y por esta razón se llaman algunas veces hornos calentados indirectamente. Hay 3 tipos de hornos de crisol que se usan en los talleres de fundición:
Horno de crisol móvil: el crisol se coloca en el horno que usa aceite gas o carbón pulverizado para fundir la carga metálica, cuando el metal se funde, el crisol se levanta del horno y se usa como cuchara de colada. Horno de crisol estacionario: en este caso el crisol permanece fijo y el metal fundido se saca del recipiente mediante una cuchara para posteriormente llevarlo a los moldes. Horno de crisol basculante: el dispositivo entero se puede inclinar para vaciar la carga,se usan para metales no ferrosos como el bronce, el latón y las aleaciones de zinc y de aluminio.
Hornos eléctricos.
Producen temperaturas muy elevadas y son los más indicados para la desulfuración y desfosforacion de la fundición y para la obtención de aceros especiales, porque en ellos el metal se allá libre de todo cuerpo extraño. Pueden usarse para el afinamiento de la fundición cargándolos de trozos de hierro o viruta y haciendo luego la adicción de los elementos necesarios.
Hornos por inducción. Usa corriente alterna a través de una bobina que genera un campo magnético en el metal, esto causa un rápido calentamiento y la fusión del metal de alta calidad y pureza.Estos hornos se usan para casi cualquier aleación cuyos requerimientos sean importantes.
Horno de arco eléctrico. La carga se funde por el calor generado por 3 electrodos gigantes, el consumo de potencia es alto y pueden diseñarse para altas capacidades de fusión y se usa principalment e para la fundición de acero, una vez que el material esta fundido el horno se inclina para verter el acero fundido dentro de una olla.
Horno basculante. Son hornos móviles apoyados sobre un sistema de sustentación, usualmente se lesutiliza cuando es necesaria una producción relativamente grande de una aleacióndetermina da. Luego el metal es transferido a los moldes en una cuchara, con laexcepción de casos especiales en que es vaciado directamente, la desventaja de este horno es que el punto de descarga acompaña el movimiento basculante.
Horno de cubilote. Consiste en un tubo de mas de 4 metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4metros de diámetro, se carga por la parte superior con chatarra de hierro, coque y piedra caliza y se utilizan para hacer fundición de hierros colados. El mayor problema de estos hornos es que sus equipos para el control de emisiones contaminantes son más costosos que el propio horno y por ello no se controlan las emisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza su operación.
Horno rotativo. Se compone de una envuelta cilíndrica de acero, revestido con material refractario y puede girar lentamente alrededor de su eje principal este horno es usado para lafundición de cobre, bronce, latón y aluminio.
Hornos de aire.
Esta integrado por un crisol de arcilla y grafito los que son extremadamente frágiles, estos crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algúncombustible solidó como carbón o los productos de la combustión.
