2. Este proceso de manufactura consta de varios pasos:
Se vacía el metal fundido en un molde con
la forma a manufacturar
Se deja solidificar
Se retira la parte del molde
Factores importantes a considerar en las operaciones de
fundición:
Flujo del metal dentro de la cavidad del molde
Solidificaciones y enfriamiento del metal dentro del
molde
Influencia del tipo y material del molde
3. Se vacía el metal fundido en un molde se
solidifica se enfría a temperatura ambiente.
Se solidifican a temperatura constante.
Temperatura como función del
tiempo de solidificación de los
metales puros. Solidificación ocurre
a temperatura constante
4. El metal cerca de las
paredes del
molde, que se
encuentran a
temperatura
ambiente, se enfría
con rapidez y
produce una capa
superficial
solidificada
Estructuras de metales fundidos solidificados en un mold
cuadrado: metales puros, aleaciones de solución solida y
estructura por medio de agentes nucleares.
5. La solidificación en las aleaciones comienza cuando la temperatura
desciende por debajo del liquidus (TL) y termina cuando alcanza el
solidus (TS).*
Rango de solidificación = TL – TS
La zona pastosa se describe en términos de diferencia de
temperatura.
6. Regla de Chvorinov
C = Constante que refleja el material del molde, propiedades del metal
y temperatura.
n = valor entre 1.5 y 2 (espesor de la cáscara, comúnmente se usa 2)
7. Velocidades de enfriamiento bajas Estructuras
Tiempos de solidificación largos dendríticas
gruesas
Velocidades de enfriamiento mayores
Estructuras
Tiempos de solidificación cortos
dendríticas mas
finas
Las estructuras desarrolladas y el tamaño de grano resultante afectan las
propiedades de fundición.
Tamaño de grano resistencia y ductilidad en la aleación fundida
microporosidad en la fundición
tendencia al agrietamiento durante la solidificación.
Falta de uniformidad en el tamaño de grano produce propiedades
anisotrópicas.
8. Dado que la mayoría de los metales, durante
la solidificación y el enfriamiento, se contraen
se pueden formar cavidades.
El hierro fundido gris y el aluminio se dilatan
(durante la solidificación)
9. Un sistema de alimentación bien diseñado ayuda a
evitar enfriamiento prematuro, turbulencia o gases
atrapados.
Existen dos principios básicos fundamentales en el
diseño de canales de alimentación: el teorema de
Bernoulli y la ley de continuidad de la masa.
10. Teorema de Bernoulli.- se basa en el principio de la
conservación de la energía y relaciona presión, velocidad, la
elevación del fluido a cualquier punto del sistema y las perdidas por
fricción en un sistema lleno de liquido.
h= elevación por encima de cierto plano de referencia
p = presión a esa elevación
ρ = densidad del fluido
f = perdida por fricción en el liquido
11. Ley de continuidad de la masa.- establece que
para líquidos incomprensibles y en un sistema con paredes
impermeables, la velocidad de flujo es constante.
Q = gasto volumétrico
A = área transversal de la corriente del liquido
v = velocidad promedio del liquido de dicha sección.
A partir de estos dos principios se desarrollan el método de diseño
del bebedero y el de modelación de llenado del molde.
12. Un factor a considerarse en el fluido por los canales de
alimentación es la turbulencia. El numero de Reynolds
(Re) se utiliza para cuantificar esto.
v= velocidad del liquido
D = diámetro del canal
ρ = densidad del liquido.
η = viscosidad del liquido
Para minimizar la turbulencia hay que evitar cambios
súbitos en la dirección del flujo y en la geometría de las
secciones transversales del canal en el diseño del sistema
de alimentación.
13. Afectan a la fluidez:
Viscosidad
Tensión superficial
Inclusiones
Patrón de solidificación de la aleación
Diseño del molde
Material del molde y sus características superficiales
Grado de sobrecalentamiento
Velocidad de vaciado
Transferencia de calor
14. Existen 7 categorías básicas de defectos de
fundición:
A: Proyecciones metálicas.-
aletas, rebabas, ampollas y superficies rugosas.
B: Cavidades.- cavidades redondeadas o
rugosas, internas o expuestas; sopladuras, puntas
de alfiler.
C: Discontinuidades.- grietas, desgarramientos en frío
o caliente.
D: Superficie defectuosa.- pliegues, cicatrices
superficiales, escamas de oxido.
E: Fundición incompleta.- fallas, volumen insuficiente
15. F: Dimensiones o formas incorrectas.- tolerancia
inapropiada para la contracción, error de montaje
del molde, contracción irregular.
G: Inclusiones.- reducen la resistencia a la fundición.
Se pueden formar durante la fusión.
16. Estos defectos se pueden minimizar o eliminar mediante el diseño apropiado, la
preparación de los moldes y el control de los procedimientos de vaciado
17. Porosidad
Ocasionada por contracción, gases o ambos.
Es dañina para la ductilidad de una fundición y
para su acabado superficial.
Hierro, aluminio y cobre fundido
18. Las fundiciones pueden ser:
Aleaciones ferrosas para fundición.
Aleaciones no ferrosas para fundición.
19. Fundiciones Blancas
Se le conoce también como hierro colado.
Se encuentra en forma de cementita.
Velocidad de enfriamiento rápida.
La superficie de fractura es brillante.
Alta dureza.
Son frágiles.
Resistencia al desgaste.
Son difíciles de mecanizar.
Baja resistencia al impacto.
20. Aplicaciones:
Piezas resistentes al
desgaste.
Rodillos de molino y
trenes de
laminación.
Maquinas para el
proceso de
materiales abrasivos
(compuestos
cerámicos).
21. Fundiciones Grises
El Carbono se encuentra en forma de grafito.
Velocidad de enfriamiento lento.
Superficie de fractura gris u oscura.
Se puede encontrar tambien en forma de
ferrita, martensita o perlita.
Facilidad para mecanizar.
Alta resistencia al desgaste y corrosión.
Conductividad térmica.
22. Aplicaciones:
En motores
eléctricos.
Tuberías.
Superficies de
maquinaria.
Especificación
(clase):
Clase 20: resistencia
a la tensión mínima
de 20
23.
24. Fundiciones Nodulares
También se les conoce como dúctiles.
Es aleado con magnesio.
Aplicaciones:
Maquinaria.
Tubería.
Cigüeñales.
Piezas de alto esfuerzo y resistencia.
Especificación (clase o grado):
90-40-05 (resistencia a tensión mínima de 90 ksi,
resistencia a la cedencia mínima de 40 ksi, y un 5% de
elongación.)
25.
26. Fundiciones Maleables
Se obtiene al recalentar una fundición blanca
(tratamiento térmico).
Se encuentra en forma de ferrita.
Aplicaciones:
Equipo de ferrocarril: acoplamientos, engranes,
bielas.
Herrajes.
Especificaciones:
“23015”:
resistencia a la cedencia de 23 ksi, y un
porcentaje de elongación de 15%.
27.
28. Fundición Hierro de grafito compactado
Piezas más ligeras.
Resistencia al desgaste similar a hierro gris.
Aplicaciones:
Motores.
Cabezas de cilindro.
29.
30. En base Aluminio
Alta conductividad eléctrica.
Resistentes a la corrosión.
Aplicaciones:
Industriaautomotriz (monobloques de motores,
cabezas de cilindro, cajas de trasmisión,
suspensión, entre otros).
Diseño arquitectónico.
31.
32. En base a Magnesio
Densidad baja.
Resistencia a la corrosión.
Resistencia a la termoinfluencia.
Aplicaciones:
Envases.
Industria
aeronáutica( hélices, ruedas
automotrices, motores).
33.
34. En base a Cobre
Alta conductividad térmica y eléctrica.
Alta resistencia a la corrosión.
No son toxicas.
Aplicaciones:
Engranes
Tubería
Herraje
35.
36. En base a Zinc
Bajo punto de fusión.
Alta resistencia.
Aplicaciones:
Estructuras
Baterías
37.
38. El costo de un material fundido de pende de
diferentes factores como equipo utilizado,
maquinaria, mano de obra, materia prima,
moldes, matrices, tiempo, entre otros.
45. El proceso tradicional
El proceso tradicional de fundición se realiza en
arena, por ser ésta un material refractario
(mantiene sus propiedades a altas
temperaturas) muy abundante en la
naturaleza, mezclada con arcilla, adquiere
cohesión y maleabilidad sin perder la
permeabilidad que posibilita evacuar los gases
del molde al tiempo que se vierte el metal
fundido.
46. La fundición en arena consiste en colar un metal
fundido, típicamente aleaciones de acero,
bronce, latón y otros, en un molde de arena,
dejarlo solidificar y posteriormente romper el
molde para extraer la pieza fundida.
47.
48. 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 "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
49. Para calcular bien los parámetros
se requiere de:
tiempo que tarda en llenarse un molde
flujos volumétricos para metales
tiempo de solidificación local
tiempo de solidificación total
dimensiones de moldes para metales
dimensiones de las bandas al ser diseñados
en base a las especificaciones de la pieza
52. Tipos de Moldes
Moldes desechables
Se producen usualmente con arena, yeso, cerámica y materiales
similares que se mezclan con aglutinantes para mejorar sus
propiedades. Soportan altas temperaturas y se rompe el molde
para retirar la fundición cuando ésta se solidifica
Moldes permanentes
Se fabrican con metales que mantienen su resistencia a
temperaturas elevadas. Se usan más de una vez, por lo que
debe ser fácil retirar la fundición. Son mejores conductores de
calor que los desechables, por lo que enfría más rápido
Moldes compósitos
Se producen con dos o más materiales y combinan las ventajas
de cada uno. Tienen partes desechables y otras permanentes.
Mejora resistencia del molde y controla velocidad de
enfriamiento
53. Procesos de fundición de molde
desechable
Fundición en arena
Molde de cáscara (caja de volteo)
Molde de yeso
Moldes cerámicos
Modelo evaporativo
Revestimiento
54. Fundición en arena
Es el método tradicional de fundición de metales.
Se ha usado por milenios y sigue siendo el más
usado.
Se usa para bases para máquinas, impulsores de
turbinas, propulsores, accesorios de plomería,
componentes para equipo agrícola, equipo de
ferrocarriles, entre otros.
Se usa, en su mayoría, arena sílice (SiO2) por
sus características de alta temperatura, elevado
punto de fusión y su bajo costo.
55. Consiste en:
Colocar un modelo con la forma de la fundición
deseada en arena, para hacer una impresión
Incorporar un sistema de alimentación
Retirar el modelo y llenar con metal fundido la
cavidad del molde
Esperar a que se enfríe y se solidifique el metal
Separar el molde de la arena
Retirar la fundición
56. Moldes de arena
De arena verde
Es el más común y es una mezcla de arena, arcilla y
agua. Está húmedo en el interior. Es el menos
costoso y se recicla fácilmente la arena.
De caja fría
Se mezcla la arena con varios aglutinantes orgánicos
e inorgánicos para unir químicamente los granos y
obtener una mayor resistencia. Dimensiones más
precisas que arena verde pero más caro.
Sin cocción
Se agrega una resina sintética líquida a la arena y la
mezcla se endurece a temperatura ambiente.
58. Modelos
Se usan para moldear la mezcla de arena y dar forma a la
fundición.
Pueden ser hechos de madera, plástico o metal,
dependiendo del tamaño y forma de la fundición, precisión,
proceso de moldeo y cantidad de fundiciones requeridas.
Se recubren con un agente de separación para extraer los
moldes más fácilmente.
Pueden ser
De una sola pieza, para formas simples y cantidades bajas
Divididos, son de dos piezas y sirven para formas complicadas
De placa bipartidos, de dos piezas, cada una montada en el lado
de una placa sencilla. Se usa para fundiciones pequeñas y
grandes lotes de producción
59.
60. Máquinas para moldeo de
arena
Antes se compactaba la arena mediante
martillado manual, pero ahora se hace con
máquinas de moldeo.
Moldeo vertical sin caja
Se lanza la arena sobre una pared vertical formada
por las mitades del modelo. Las mitades del molde se
apilan horizontalmente y se conducen a lo largo de un
transportador de vaciado
Lanzadores de arena
Se llena uniformemente la caja con arena con una
corriente de alta presión. Un impulsor lanza la arena y
la aprieta apropiadamente
62. Moldeo por impacto
Se compacta la arena mediante una explosión
controlada o por liberación instantánea de gases
comprimidos.
Moldeo de vacío (proceso V)
Se cubre el modelo con una delgada lámina de
plástico y se coloca la caja sobre el modelo. Se
llena con arena seca sin aglutinante. Se pone
otra lámina sobre la parte superior de la arena y
una acción de vacío compacta la arena, para que
se pueda retirar el modelo.
63. Operación de fundición en
arena
Se da forma al molde de alimentación
Se colocan los machos mediante oxígeno y gas
combustible
Se cierran las mitades
Se limpia la fundición
Se solidifica la fundición con productos químicos
Se saca la fundición del Se puede dar
molde tratamiento térmico
Se retira la arena y para mejorar
óxido por vibración o propiedades
con chorros de arena Acabado
Se cortan las Inspección
mazarotas y sistemas
64. Moldeo con grafito compactado
Los metales reactivos, como el titanio y
zirconio, reaccionan vigorosamente con la
sílice.
En estos casos se usan moldes creados con
grafito compactado.
Los procedimientos de fundición son similares
a los de los moldes de arena.
65. Moldeo en cáscara
Se desarrolló en la década de 1940
Tolerancias dimensionales cerradas
Buen acabado superficial
Bajo costo
Ejemplos:
Cajaspara engranes
Corazones de moldeo
Cabezas de cilindros y bielas
66. Moldeo en cáscara
Se calienta el modelo
entre 175°C y 370 °C
Se recubre con un
agente de separación
Se sujeta a una caja
con arena mezclada
con un aglutinante de
resina termofija
(fenolformaldehido)
Se voltea la caja
Se pone el ensamble
en un horno por
período corto
La cáscara se
endurece alrededor del
modelo y se retira
como dos medias
cáscaras
67. Característica de las cáscaras
Ligeras
Delgadas (de 5mm a 10mm)
Menos permeabilidad que las de arena verde
Reduce costos de limpieza, acabado y
maquinado
Menos manos de obra
Fácil de automatizar
68. Fundición en molde de yeso
Gran exactitud dimensional
Buen acabado superficial
Se usa para componentes de cerraduras,
engranes, válvulas, ornamental, entro otros
Baja permeabilidad
Enfriamiento lento estructura más uniforme de
granos
Se usa para aluminio, magnesio, zinc y algunas
aleaciones de cobre
Se usan modelos hechos de aleaciones de
aluminio o zinc, de plástico termofijos y de bronce
69. Fundición en molde de yeso
El molde se fabrica con yeso o sulfato de calcio,
talco y harina de sílice.
Se mezclan con agua y se vierte en el modelo
Se endurece el yeso y se retira
Se seca el molde (120 °C-260 °C) para retirar
humedad
Se ensamblan las mitades del molde para formar
la cavidad
Se precalienta a 120 °C
Se vacía el metal fundido
70. Fundición en molde de yeso
Por la baja permeabilidad, los gases no
pueden escapar, por lo que el material fundido
se vierte en vacío o a presión
Se puede incrementar la permeabilidad por el
proceso Antioch. Se deshidratan los moldes
en un horno presurizado de 6 a 12 horas y
luego se rehidratan en aire por 14 horas
71. Fundición de modelo
evaporativo
También conocido como proceso de fundición de
modelo desechable o proceso de molde-modelo
desechable
Se debe producir un modelo y un molde para
cada fundición
Se usan en
Cabezas para cilindros
Monobloques para motores
Cigüeñales
Componentes para frenos
Bases para máquinas
73. Fundición por revestimiento
También llamado proceso a la cera perdida
Se utilizó por primera vez entre 4000 y 3000
a.C.
Se usa para producir componentes para
equipo de oficina y componentes mecánicos
(engranes, válvulas, manerales)
Se pueden fundir partes de hasta 1.5m de
diámetro y 1140Kg
75. Fundición por revestimiento de
cáscara cerámica
a) Ensamble del modelo de
cera
b) Cáscara cerámica
alrededor del modelo de
cera
c) Se funde la cera y se llena
el molde en vacío, con una
súper aleación fundida
d) Rotor fundido producido
con una forma neta
- Se usa para la fundición de precisión de aceros y aleaciones de alta
temperatura
- Usa mismo modelo de cera o plástico, pero se sumerge primero en gel de
silicato de etilo y luego en cama fluida de sílice fundida de grano fino o harina
de zirconio
- Se sumerge en sílice de grano más grueso
76. Procesos de fundición en molde
permanente
Materiales de alta resistencia a la erosión y fatiga térmica,
como hierro fundido, acero, latón, grafito.
Se producen pistones, cabezas para cilindros, bielas, discos
para engranes de electrodomésticos y artículos de cocina.
La cavidad y sistema de alimentación se maquinan en el
molde
Se recubren las superficies de los moldes con lodo
refractario para aumentar la vida o se rocían con grafito.
Los moldes se calientan entre 150°C y 200 °C para facilitar el
flujo del metal
Se utilizan medios especiales para enfriar el molde
Altos costos de equipo
Bajo costo de mano de obra
77. Procesos de fundición en molde
permanente
Fundición de vacío
Fundición hueca
Fundición a presión
Fundición a presión en matriz
Fundición centrífuga
Fundición por dado impresor
Operaciones de fundición en molde compósito
78. Fundición de vacío
Adecuada para formas complejas con paredes
delgadas.
Se producen súper aleaciones para turbinas
de gas
Puede automatizarse
Costos de producción similares a los de la
fundición en arena verde
80. Fundición hueca y fundición a
presión
Hueca
Se vacía el metal fundido en un molde metálico y
se gira cuando se tiene el espesor deseado en la
capa superficial. Se vacía el metal líquido
restante. Se abre el molde y se retira la fundición
A presión
Elmetal fundido se fuerza hacia arriba mediante
presión de gas dentro de un molde metálico o de
grafito. Se mantiene la presión hasta que el metal
se solidifica por completo
81. Fundición a presión en matriz
Se desarrolla a principios de 1900
Se usa para cajas y monobloques para motores,
componentes para máquinas de oficina, juguetes,
herramientas manuales, entre otros
Equipo de alto costo, mano de obra de bajo
Produce con rapidez partes fuertes de alta calidad
y formas complejas
Buena precisión dimensional
Buenos detalles en la superficie
Paredes delgadas
84. Fundición centrífuga
Usa las fuerzas de inercia para distribuir el
metal fundido en las cavidades del molde.
Hay 3 tipos
Fundición realmente centrífuga
Fundición semicentrífuga
Centrifugado
86. Fundición por dado impresor
Desarrollado en la década de 1960
Solidificación de metal fundido a alta presión
Se usa para componentes automovilísticos y
cuerpos de morteros.
87. Solidificación rápida
Se enfría el metal fundido a velocidades de
hasta 1000000 K/s, para que no tenga tiempo
de cristalizarse.
Produce aleaciones amorfas (vidrios
metálicos)
Efectos como ampliación significativa de la
solubilidad de sólido y refinamiento de grano
88. Inspección de las fundiciones
Las fundiciones se pueden inspeccionar
visualmente para defectos superficiales
Se estudia resistencia, ductilidad y otras
propiedades mecánicas por pruebas
destructivas
Se usan pruebas no destructivas para revisar
defectos internos y bajo la superficie.
Las fundiciones inaceptables se funden otra
vez para reprocesarlas
89. Hornos para fusión
De arco eléctrico
Capacidad elevada de fusión. Causan menos
contaminación y pueden mantener el metal
fundido a temperatura constante
De inducción
Seusan en pequeños talleres. Producen fusiones
de composición controlada más pequeñas
90. Hornos para fusión
De crisol
Se calientan con combustibles como gases
comerciales.
Cubilotes
Producen grandes cantidades de metal fundido.
91.
92.
93. Dos principios básicos en el diseño de
canales de alimentación.
A- Bernoulli y ley de continuidad de masa.
B- Bernoulli y Chvorinov
C- Chvorinov y ley de continuidad de masa.
D- Ninguna de las anteriores.
94. Tipos de aleaciones para
fundición.
A- Cerámicas.
B- Iónicas y covalentes.
C- ferrosas y no ferrosas.
D- hierro blanco y gris.
E- otro (especifique)
95. Características de moldes
permanentes.
A- altos costos.
B- se utilizan materiales de alta resistencia a
erosión y fatiga térmica.
C- alto costo mano de obra.
D- A y B
E- todas las anteriores.
96. Defectos de fundición.
A- Porosidad.
B- Cavidades.
C- Fundición incompleta.
D- Discontinuidades.
E- todas la anteriores.
97. Tipos de molde
A- desechables.
B- permanentes.
C- compósitos
D- todas las anteriores
E- ninguna de las anteriores.
Diapositiva 1Se uso por primera ves hace alrededor de 6000 años. Importante proceso de manufactura para producir partes pequeñas o muy gdes. Metales y polimerosFlujo del metal – en términos de características de diseño del molde y del flujo del fluidoSolidificación y enfriamiento de los metales son afectados por varios factores como las propiedades metalúrgicas y térmicas del metal.El tipo de molde afecta la velocidad del enfriamiento del metal.
Diapositiva 2Metales puros.- Luego que la temperatura del metal fundido desciende hasta su punto de solidificación permanece cte. la temperatura hasta que se disipa su calor latente de fusión. Dado su punto de fusión bien definido.
Diapositiva 3Temp ambiente o una temp mucho menor que el metal fundido. Capa solidificada – cascara…. Granos columnares
Diapositiva 4* En este intervalo de temps. la aleación se encuentra e un estado blando o pastoso que consiste en dendritas columnares. Las estructuras dendríticas contribuyen a factores dañinos como las variaciones en la composición, segregación y micro porosidad de una parte fundida. La microporosidad es los huecos por contracción entre las dendritas
Diapositiva 6Estructuras dendríticas gruesas – mucho espacio entre los brazos de las dendritas.
Diapositiva 8FIGURA… Sistema básico de fundición por gravedad : el metal fundido se vacía a través de una copa de vaciado; después fluye a través de un sistema de alimentación (bebedero, canales de alimentación y compuertas) dentro de la cavidad del molde. El bebedero es un canal cónico vertical por donde el metal fundido fluye hacia abajo, dentro del molde. Los canales de alimentación lo llevan desde el bebedero al interior de la cavidad del molde, o conectan el bebedero a la compuerta (la parte del canal de alimentación por la que el metal fundido entra en la cavidad del molde). Las mazarotas (también llamadas alimentadores) sirven como depósitos de metal fundido para proveer el metal necesario y evitar porosidad debida a la contracción durante la solidificación.
Diapositiva 12Fluidez – capacidad del metal fundido para llenar las cavidades del molde.No hay ninguna prueba de fluidez universal pero se utiliza comúnmente hacer fluir el metal fundido a lo largo de un canal que se encuentra a la temp. ambiente; la distancia que recorre el metal antes de solidificarse y detenerse es una medida de su fluidez . Tal longuitud esta en funcion de las propiedades térmicas del metal y del molde, así como el diseño del canal.
Diapositiva 13El tamaño grueso del grano y la presencia de segregaciones de bajo punto de fusión a lo largo de los limites de los granos incrementa la tendencia al desgarramiento en caliente,.
Diapositiva 14Inclusiones.. Otras partículas diferentes a las que se dese moldear.