lunes, 23 de septiembre de 2013

Resumen fundicion

Estoy dando procesos de fabricación es una clase acerca de los diferentes tipos de procesos que se pueden realizar para llegar al mismo producto pero al compararlos puedes escoger el mas optimo, es muy interesante la materia e importante para la formación que un ingeniero requiere.  Aquí les dejo un resumen de los capítulos de fundición del libro Fundamentos de manufactura moderna de Groover.

Espero les sirva mucho para el examen, el trabajo o solo para curiosear. (Lo siento no se como subir un archivo en word)


I PARTE
Fundición
Fundición es uno de los procesos más antiguos y usados por el hombre, consiste en el vertido de un metal derretido a un molde para que este tome forma de la cavidad, los moldes más usados y responsable de la mayoría de fundiciones el molde de arena.
Estos molde de arena son realizados con la compresión de dos tapas contra un modelo de la pieza que se quiere obtener, estas dos tapas reciben el nombre de marco superior y marco inferior, estas juntas son la caja de moldeo, estos moldes consta de tres partes, un bebedero, un conducto de alimentación y la cavidad.
El procesos de la fundición consta de tres momentos distintos, el primero corresponde al vertido, para el vertido se debe tener el metal en forma líquida, esto requiere elevar su temperatura sobre el punto de fusión, al momento de elevar su temperatura se requiere un cantidad de energía calculable que resulta de la suma de tres tipos de calores, calor para llegar al punto de fusión, calor de fusión para transformarlo de solido a liquido y el calor para poner el metal en la temperatura de vertido deseada, eso se expresa:
H=pV[Cs(Tm T0) + Hf + Cl(Tp – Tm)]
El segundo momento es la solidifacion, este momento consta desde el momento que se llena el molde hasta cuando este metal derretido se transforma a solido y toma la forma de la cavidad, en este segundo  momento de solidificación se debe tener en cuenta la contracción del material, en una fundición el material sufre dos contracciones, la primera contracción por solidificación y la segunda contracción térmica del sólido, los moldes se deben diseñar para resistir estas tensiones.
Esta solidificación ocurre diferente en metales puros, aleaciones y aleaciones eutécticas. Los metales puros solidifican a un temperatura constate debido a que un solo material, este tiene un estructura granular distinta, debido a la acción enfriadora del molde se enfría mas rápido en la superficie creando granos más finos y con orientación aleatoria y un crecimiento dendrítico hacia el centro, en las aleaciones al ser compuesto de dos materiales o más, no tiene una temperatura de solidificación constante, esta para solidificar tiene que pasar por el intervalo de liquidus y solidus, este presente una segregación de los componentes en el centro de la pieza, esto se debe a que uno de los dos materiales posee un punto de fusión más alto, por ende se solidificara primero agotando este material y dejado poco para el resto de la pieza.
Las pieza con zonas de gran volumen suele tener dificultades en la solidificación debido a la contracción, estén suelen necesitar más masa para su solidifacion, para evitar que están zonas dejen sin suministros a otras de menor volumen se usa una mazarota, la mazarota es un suministro de metal derretido por fuera de la cavidad que se encarga de permanecer más tiempo en estado liquido para fluir hasta donde el material lo necesite.

II PARTE

Fundición de metales
Los procesos de fundición se dividen en dos categorías, moldes permanentes y moldes desechables, en los procesos con moldes desechables este debe destruirse para retirar la pieza mientras que para los moldes permanentes se retirar la pieza sin destruir el molde y se emplea nuevamente para una nueva fundición.

1. Fundición en arena
El proceso de fundición en arena es el responsable de la gran parte de los fundidos, ya que es de los pocos procesos que pueden usarse para tratar metales con alta punto de fusión, como el níquel o el titanio, este proceso permite hacer fundiciones pequeñas y muy grandes.
La fundición en arena consiste en el vertido del metal derretido a un molde para que este al momento de solidificarse tome la forma de la cavidad, para luego romper el molde y retirar la pieza, este molde cuenta con un sistema de paso y un bebedero, estos molde se realizan con la compresión de la arena alrededor de un modelo.
1.1 Modelos y nucleó

Un modelo es un patrón de la pieza, los materiales en que se puede hacer el modelo son metal, plástico o madera. Hay tres tipos de modelo: Modelo solido su forma es igual que el fundido y su tamaño esta ajustado a la contracción por solidificación y el maquinado. Es un modelo fácil de fabricar mas de usar en fundiciones de arena. Modelo deslizante: son dos piezas que se dividen a lo largo de un plano que coinciden con la línea divisoria del molde. Son útiles para piezas con geometrías complejas. Placas ajustadas: las dos partes del modelo deslizante están sujetas a los lados opuestos de una placa de madera o metal, esto hace que la alineación sea la adecuada.
Si el fundido va a tener superficies internas es necesario tener núcleos, los cuales son puestos en el interior del molde antes de hacer un vertido. En algunas ocasiones los núcleos necesitan coronas que son los soportes para el nucleó.

1.2  Moldes y su fabricación
La arena de fundición es sílice o sílice mezclado con otros minerales. Es importante que la arena tenga propiedades refractarias y es preferible que los granos sean irregulares que redondos. Al hacer el molde los granos se mantienen unidos por una mezcla de agua y arcilla de adhesiva. Para la fabricación de moldes se compacta la arena alrededor del moldeo para la capucha y base en una caja de moldeo. Se determina la calidad del molde con los siguiente indicadores: la resistencia, presentar, estabilidad térmica, colapsabilidad y reutilización.
Hay dos clasificaciones para los moldes de arena
1.      Moldes de arena verde: están elaborados con arcilla, agua y arena. Se les llama verdes porque son húmedos. tienen resistentes una buena colapsabilidad, son permeables y posibilidad de rehusó.
2.      Molde de arena seca: esta hecho aglutinante orgánico, se cuece en un horno a altas temperaturas esto le da resistencia y endurece la superficie de la cavidad. Estos producen mejor acabado superficial.
1.3 La operación de fundición
Cuando el molde está listo y el nucleó está en su sitio se procede a hacer el vertido, la solidificación y el enfriamiento. En el diseño se debe tener en cuenta como se escaparan los gases y aire. Se tiene que tener especial cuidado con que la flotación inducida por el metal fundido no desplace al nucleó.

2. Otros procesos de fundición con moldes desechables
A continuación se nombraran  los moldes desechables más importantes en el proceso de fundición.

2.1 Moldeo en cascaron o concha
 El molde es un cascaron delgado hecho de arena y que se mantiene unido por medio de un aglutinante de resina termo fija. Una de las ventajas es que el fluido es más fácil durante el vertido del metal líquido un mejor acabado superficial. La desventaja de este proceso es que sus precios para producciones bajas son muy elevados y no aguanta mucho peso.

2.2 Moldeo al vacio
Este proceso es originario de Japón. La arena no emplea un aglutinante químico si no que se mantiene unida por medio de una presión de vacío. Algunas de las ventajas de este proceso es que la arena tiene una alta reutilización, la arena no requiere un  reacondicionamiento mecánico y los productos  no tienen defectos por humedad. Las desventajas de este proceso es que es relativamente lento y que no se adapta fácilmente a la mecanización.

2.3 Proceso de poliestireno expandido
Este proceso también se conoce como espuma perdida ya que usa un molde de arena compacta alrededor de un modelo de espuma de poliuretano que se evaporiza cuando el metal fundido se vierte en el molde. La desventaja en este proceso es que cada fundición requiere un nuevo modelo.

2.4 Fundición por revestimiento
Se elabora un modelo de cera y se recubre con un material refractario para formar el molde, antes de verter el metal fundido se derrite la cera. Las ventajas son que escapas de generar fundidos de gran exactitud posible fundir piezas de gran complejidad y detalle, se puede tener mucho control dimensional, se obtiene buen acabado superficial, la cera se recupera y no requiere maquinado adicional. La desventaja es que es un proceso muy caro.

2.5 Fundición con moldes de yeso y cerámicos
La fundición en yeso es parecida a la de arena pero hecho con yeso de Paris. Se le puede echar talco y polvo para controlar la contracción y el tiempo de preparación, reducir el agrietamiento y aumentar la resistencia. Se prepara una mezcla con el yeso se vierte sobre un modelo de metal o plástico y se deja reposar. Las ventajas son que captura detalles y acabados de la superficie, exactitud dimensional y la capacidad de fabricar fundidos de sección transversal delgada. Las desventajas son que el yeso no es permeable y es húmedo y no resiste temperaturas muy altas. Se utiliza para fabricar turbinas y bombas.
El fundido con moldes cerámicos es muy similar al de yeso la diferencia es que resiste altas temperaturas.

3. Procesos de fundición con moldes permanentes
En la fundición con molde permanente el molde se puede utilizar varias veces.
3.1 El proceso básico con moldes permanentes
Un molde permanente consta de un molde de metal (acero para herramientas) construido con dos secciones diseñadas para la apertura y el cierre sencillo. En este proceso no se puede trabajar con metales de puntos de fusión muy altos debido a que está limitado por el punto de fusión en que está hecho el molde. Primero se calienta el molde y se rocía uno o más recubrimientos sobre la cavidad, se echa el metal fundido en la cavidad y por último se retira. Este procedimiento deja buen acabado superficial, buen control dimensional y  fundido más fuerte. Es para producciones altas ya que tiene un elevado valor de inversión.
Hay diferente 3 tipos de  fundiciones con moldes permanentes

·         Fundición en hueco: se forma por medio de la inversión del molde después de la solidificación parcial de la superficie a fin de drenar el metal líquido del centro. Es importante la apariencia exterior, pero la resistencia y la forma interior del fluido son consideraciones menores. Son útiles para hacer estatuas.

·         Fundición a baja presión: el metal líquido se fuerza a pasar a la cavidad sujeto a baja presión desde abajo por lo que fluye opuesto a la gravedad. Se introduce metal limpio por eso se minimizan los defectos por porosidad, gas y oxidación y mejora las propiedades mecánicas.

·         Fundición al vacio: es parecida a la que se usa baja presión para impulsar el fluido hacia la cavidad. La diferencia está en que se utiliza la presión reducida del aire desde el vacio del molde para llevar metal líquido hacia la cavidad.

  3.2 Fundición con troquel
Se inyecta a presión elevada metal fundido a la cavidad del molde. La presión  se mantiene durante la solidificación después se retira la pieza.

Existen dos tipos de cámaras para este proceso Cámara caliente, en donde el metal se derrite en un contenedor que tienen en la maquina y se inyecta metal a alta presión en el troquel. Sirve para producciones elevadas de piezas ya que son muy rápidas, alrededor de 500 piezas se fabrican por hora. Los metales que se trabajan acá tienen un punto bajo de fusión. Cámara fría, la cámara en la que se mete el metal derretido no está caliente y el metal se derrite en un contenedor externo y se emplea alta presión para inyectarlo. Sirve para producciones elevadas aunque la cámara en frio es más lenta que la caliente.

3.3Fundición centrifuga
Gira a gran velocidad de modo que la fuerza centrifuga distribuye el metal derretido a las regiones externas de la cavidad del troquel. Hay tres tipos:

Fundición centrifuga real: se vierte metal fundido a un molde rotatorio para producir una pieza tabular, este procedimiento se usa para fabricar tuberías. La orientación del eje de rotación puede ser vertical u horizontal.

Fundición semicentrifugada: se emplea con frecuencia para piezas solidas en las que el centro de la fundición se maquina como las ruedas y poleas.

Fundición centrifugada: el molde esta diseñado con las cavidades de la pieza localizada hacia afuera del eje de rotación de modo que el metal vertido en el molde se distribuya hacia ellos por medio de la fuerza centrifuga.

4. La practica de la fundición
4.1 Hornos
Hay 5 tipos de hornos que son los más empleados
Cubilotes: es un horno cilíndrico en posición vertical que tiene un canal de paso integrado cerca de su base, estos hornos pueden fundir metales con alto punto de fusión y son muy usados para derretir hierro colado.

Hornos de combustible directo: en un horno abierto pequeño se calienta el metal por medio de quemadores de combustible ubicados en cualquiera de sus dos lados. El techo de sus hornos ayuda en la acción de calentar por medio de reflejar la llama hacia abajo contra la carga. En la parte inferior hay un agujero por el que se extrae el metal fundido. En lo general se usa para metales no ferrosos.

Crisoles: funden el metal sin contacto directo con una mezcla de combustibles, son utilizados con metales con bajo punto de fusión. Hay tres tipos:
aa)  crisol móvil: este crisol cumple con la función de contenedor y vertedero ya que se coloca en un horno y se calienta hasta derretir la carga de metal después de esto se eleva del horno y se vierte directamente.
bb)  Estacionario: este es horno y contenedor al mismo tiempo, se derrite el metal directamente y se vierte por medio de un cucharon externo.
cc)  Horno de volteo: es horno y después de que el metal este en estado liquido se rota y vierte.

Hornos de arco eléctricos: el metal se funde por el calor generado por un arco eléctrico. Su consumo de energía es alto y su mayor utilidad son en los metales con un alto punto de fusión. Su precio es bastante elevado por lo que solo se justifica para producciones altas.

Hornos de inducción: utiliza corriente alterna que pasa a través de una bombina para desarrollar un campo magnético en el metal. Metales fundidos de calidad y pureza alta.


4.2 Vertido limpieza y tratamiento térmico
Se toman medidas para impedir la entrada de los óxidos, se usan filtros para capturar los óxidos y otras impurezas durante el vertido. Se utilizan unos fundentes los cuales sirven para cubrir el metal derretido y retardan la fundición de este.
Después de que lo solidificación halla tomado cabida se hacen una serie de pasos para que la pieza quede totalmente terminada y limpia estos pasos pueden ser 6 dependiendo el caso a tratar estos son recorte, retirar el núcleo, limpiar superficies, inspeccionar, reparar y tratamiento térmico.

5. Calidad del fundido
Estos son los errores que podrían llegar a tener un fundido en moldes de arena:

Vacio: fundidos que se solidifican antes de que se llene completamente la cavidad del molde.

Cierres fríos: dos porciones de metal fluyen juntas, pero no hay fusión entre ellas debido a la solidificación prematura.

Gránulos fríos: salpicaduras durante el vertido se forman glóbulos sólidos del metal que quedan atrapados en el fundido.

Cavidad de fuga: se da cuando no hay suficiente metal, también se le llama rechupe.

Microporosidad: vacios pequeños difundidos a lo largo de todo el fundido.

Desgarre caliente: el fundido no puede contraerse y sufre desgarres.

Costras: arena que se pega a un fundido.

Penetración: daña el molde.

Desplazamiento: puede haber un desplazamiento de molde o de nucleo la pieza no queda como se desea.

Agretamiento del molde: se agrieta el mole y entra fundido.

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