2.3 Diseño y Conformación de Moldes

Moldes

El molde es una cavidad que tiene la forma geométrica de la pieza que se va fundir.Una vez definidos los requerimientos de la pieza, se pueden analizar los principios del diseño de moldes, incluyendo la selección del material del molde.En el diseño del molde, en el que hay que considerar las siguientes variables:

1. Volumen y el peso de la fundición.

2. Tamaño y número de mazarotas con base en el volumen y en la configuración geométrica (larga, angosta, uniformidad en el área).

3. Sistema de alimentación que permita el llenado del molde de la manera más rápida y uniforme posible.

Caja de moldeo

• La construcción del molde es un factor determinante para la calidad de la pieza, un molde inexacto o mal formado ocasionará una gran pérdida, cuando se trata de materiales ferrosos es común que el vaciado del material al molde sea por gravedad. Se usan moldes unitarios, elaborados de arena refractaria. • Se llaman unitarios porque al desmoldar la pieza se tiene que destruir

el molde, se emplean varios métodos para conformar el molde, el más común es el molde dividido, con arena verde, son los más baratos porque usan arcilla como aglutinante.

La arena aglutinada se compacta por medio de varias técnicas que se eligen de acuerdo con la velocidad de producción y el número de unidades a producir:

● Para la producción en masa, la arena se transporta a la estación de moldeo y se deja caer o se sopla en los modelos rodeados por caja de moldeo, donde se compacta por medios mecánicos ya sea sacudiendo o aplicando presión.

● Para la produccion a bajo nivel, la arena se puede depositar con una pala a la caja de moldeo, alrededor de un modelo de una sola pieza y es apisonada a mano.

● Para niveles altos de producción, se usa la compactación dinámica. La arena es arrojada por u propulsor de rotación rápida, o la caja de moldeo se evacua y se abre una gran válvula a través de la cual la arena es introducida.

Caja de moldeo: Son recipientes en los que queda aprisionada la arena conteniendo al molde. Para hacer los moldes unitarios se introduce un modelo que se imprime en el molde para generar el hueco, después se llena con el material fundido. Se emplean varios métodos pero el más común es el molde dividido llamada caja de moldeo.

Casi todos los metales ferrosos se vacían por gravedad en una caja de moldeo, existen diferentes técnicas para obtener piezas fundidas; Fundición en banco, para piezas de pequeñas a medianas, Fundición en foso o piso, para piezas más grandes, Fundición a la cera perdida, fundición centrífuga, entre otras variantes.

Partes de una caja de moldeo● Caja superior e inferior.- al cerrarse se forma la caja de

moldeo, por está unión siempre va a estar presente una línea divisoria.

● Corazón (Macho).- Un corazón sirve para generar un hueco en la pieza terminada. Los corazones también se fabrican de arena, pueden ser de una pieza o estar en varias partes. Su resistencia debe ser mayor porque deben resistir el golpeteo del material caliente, por ello tienen un tratamiento especial, después de la solidificación del material también se destruyen.

● Bebedero.- En el bebedero se vierte el material fundido el cual alimenta la cavidad del molde a través de canal.

Partes de una caja de moldeo● La mazarota.- Está compuesta por el rebosaderos

que sirve como depósitos para compensar la contracción del material y los canales, los cuales deben aseguran un buen llenado del molde.

● El sistema de alimentación lo forma el bebedero, rebosadero y los canales.

Calidad de las arenas

La arena sílica se encuentra en muchos depósitos naturales y es adecuada para propósitos de moldeo porque pueden resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una amplia variedad de tamaños y formas de grano. Los tres tipos de arcilla comúnmente usados son la caolinita, ilita y bentonita.

Algunas arenas de moldeo naturales, se mezclan adecuadamente como arcilla al extraerlos en las canteras y sólo se requiere agregarles agua para obtener una arena conveniente para moldeo de piezas fundidas de hierro y metales no ferrosos.

El tamaño de los granos de arena depende del tipo de la pieza que se ha de moldear.

Para piezas de tamaño pequeño y complicado es más conveniente una arena fina con objeto de que los detalles del molde aparezcan precisos. A medida que aumentan el tamaño de la pieza, las partículas de arena deberán de ser más grandes para permitir que los gases generados en el molde se escapen, Los granos agudos, de forma irregular, por lo general se les prefiere porque se entrelazan y le dan mayor resistencia al molde.

Para determinar la calidad esencial de la arena de fundición se hacen necesarias algunas pruebas periódicas. Las propiedades cambian por contaminación con materiales extraños, por la acción de lavado en el recocido, por el cambio gradual y la distribución de los tamaños de grano, y por la continua exposición a altas temperaturas.

Pruebas periodicas

Varias de las pruebas están diseñadas para determinar las siguientes propiedades de la arena de moldeo:

1. Permeabilidad.- La porosidad de la arena que permite el escape de los gases y vapores formados en el molde.

2. Cohesión.- La arena debe ser cohesiva hasta el grado que tenga suficiente ligazón, es decir que resistan la manipulación sin desmoronarse.

3. Refractariedad.- La arena debe resistir las altas temperaturas, sin fundirse.

4. Tamaño y forma de grano. La arena debe de tener un tamaño de grano dependiente de la superficie que se trate de producción, y los granos deben de ser irregulares hasta tal grado que mantengan suficiente resistencia a la cohesión.

Procesos de conformado de moldes

• El conformado de moldes de arena se explica con un proceso muy antiguo llamado Moldeo en banco, se llama así porque en un banco se daba forma al molde. • Actualmente se sigue usando el mismo principio con la diferencia que

ya no es manual, la tecnología es más automatizada.

1. La arena de moldeo se compacta e imprime la mitad del modelo en la caja superior y la otra mitad en la caja inferior.

2. Caja inferior con arena compacta. Se aprecia el hueco generado por la impresión del modelo (placa metálica que se observa en la parte superior).

3. En la caja inferior se colocan los corazones para formar huecos en la pieza terminada.

4. Unión de la caja superior e inferior

5. Vaciado del material al molde

6. Extracción de la pieza fundida, destrucción del molde y recuperación de la arena:– Quitar el molde desprendiendo la pieza.– Enviar a la criba giratoria con el propósito de quitar el

exceso de arena.– Desprender el bebedero y rebosadero, mejor conocido

como mazarota.– Esmerilar y maquinar, tratar térmicamente la pieza y

pintar.

Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario respetar el siguiente procedimiento:

1. Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas.

2. Diseño del molde.

3. Preparación de los materiales para los modelos y los moldes.

4. Fabricación de los modelos y los moldes.

5. Colado de metal fundido.

6. Enfriamiento de los moldes.

7. Extracción de las piezas fundidas.

8. Limpieza de las piezas fundidas.

9. Terminado de las piezas fundidas.

10. Recuperación de los materiales de los moldes.

Proceso de Moldeo

La fundición con moldes unitarios y vaciado por gravedad, es uno de los procesos más utilizados para productos elaborados con materiales ferrosos, sobre todo las partes del carro que tienen como característica la resistencia al impacto, fricción y soportar cargas dinámicas.

El diseño del modelo y molde son determinantes para el aspecto dimensional.

Al vaciar y cuando se solidifica la pieza se debe controlar, la transformación de fase, las impurezas, la porosidad y que la pieza no se agriete ni fragilice.

Ventajas de los moldes de arena

● Proceso económico y sencillo con tecnología poco sofisticada.● Aproximadamente un 90% del material del molde es reciclable.● Usado para una gran gama de metales y aleaciones, además que chatarra

de productos de desecho se reutiliza.● Proceso flexible, puede procesar piezas sencillas o muy sofisticadas.● Procesa piezas pequeñas o muy grandes.● Piezas sin tensiones residuales.● Para piezas complejas que manufacturarlas por otro proceso resultaría

muy costoso.

Desventajas de los moldes de arena● Mayor control de variables desde el diseño del modelo, impresión del molde, la fluidez

del material hasta la solidificación del mismo.● Requiere de procesos secundarios, limpieza, quitar la mazarota y acabados específicos

para mejorar las cualidades.● Piezas con menor precisión dimensional.● El acabado superficial es irregular (áspero) por el contacto con la arena.● La línea de partición siempre va estar presente (cuidar que coincidan)● Las tolerancias que se obtienen suelen ser bastante amplias para proceso posterior de

maquinado.● Por su estructura granular las piezas tienen poca resistencia mecánica.● Mayor manejo de material.