Informe - Moldeo y Colada

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniería Mecánica 2013

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

INFORME DE LABORATORION°2

PREVIO

Curso: Procesos de Manufactura

Código del curso: MC 216.

Sección: A

Profesor: Leonor María Zegarra Ramírez.

INTEGRANTES:

INGA VALENTIN ANGEL 20110268BMOSQUERA PANDURO HORACIOFERNANDEZ VILLANUEVA DAVIDCHAMORRO DUEÑAS EFRAINPALACIOS AGUIRRE ROBERTO

2013– II

1 Procesos de Manufactura


LABORATORIO DE ANÁLISIS DE MOLDEO Y COLADA

OBJETIVOS

El presente laboratorio tiene como objetivos:

El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de contracción del aluminio (obtener el real), así como verificar los cálculos relativos a la ubicación del bebedero, mazarotas y empuje metalostatico para que no tenga defectos la fundición.

Mostrar el proceso de un proceso real de Moldeo y Colada

Conocer y utilizar los equipos y procedimientos para realizar

una pieza mediante el moldeo y colada, y además identificar los

defectos producidos en la pieza.

FUNDAMENTO TEORICO

Productos carburados presentados o que se pueden presentar,

después de la solidificación, eutéctica (eutéctica de cementita en las

fundiciones blancas y eutéctica con grafito laminar en los grises). En

ausencia de otros elementos distintos del carbono, este corresponde

a c1,7%. Este contenido límite varía con los demás elementos, pero

puede ser definido en función del análisis químico como la red de

eutéctica de cementita (o las plaquitas de grafito) se oponen a las

deformaciones plásticas, estos productos son pocos o nada

maleables.

Es en esencia una aleación hierro carbono que contiene eutéctica.

En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del acero, la

fusión del metal no constituía una parte integral de proceso. El

mineral se reducía químicamente empleando carbón vegetal y la



masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una consistencia

compacta. La técnica de la producción de las altas temperaturas no

había avanzado lo suficientemente en una época para hacer posible

la fusión del hierro en una escala industrial, aun hoy en día, algunos

metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen punto de fusión

muy elevados, se producen más convenientemente por métodos de

metalúrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la producción

metalúrgica, la fusión y vaciado constituyen los pasos primarios de

los procesos de manufactura.

La introducción de metales tales como el titanio en la esfera de las

operaciones metalúrgica, trajo consigo nuevas dificultades a resolver.

El titanio fundido reacciona no solamente con la mayor parte de los

gases, sino que también ataca a todos los refractarios ortodoxos

empleados en los hornos. El método un tanto nuevo de fundir el

titanio, por medio de un arco eléctrico en un crisol de cobre enfriado

por agua, es el que se emplea actualmente.

Requisitos principales de un metal fundido antes del vaciado son:

- Que su composición química y pureza se haya mantenido

durante la fusión.

- Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.

La obtención de temperatura de vaciado correcta es sumamente

importante si se vacía el metal o la aleación a una temperatura

demasiado baja puede no fluir adecuadamente y no llenar todas las

regiones del molde y en el mejor de los casos se puede resultar un

vaciado con numerosas rechupes. El uso de una temperatura de

vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una

fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.



Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la

carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es

volátil a la temperatura de vaciado de la aleación. La fuente más

común de impurezas durante un proceso de fusión es el combustible

o los productos de la combustión.

Según (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de

fundiciones especiales que respondan a necesidades muy variadas:

- Fundición grises y metálicas

- Fundición blancas especiales

- Fundiciones refractarias

- Fundiciones resistentes a la corrosión.

Clasificación de los hornos usado para la fusión:

Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían

mucho en capacidad y diseño. Varían desde los pequeños hornos de

crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de

hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad. El tipo de horno

usado para un proceso de fundición queda determinado por los

siguientes factores:

- Necesidades de fundir la aleación tan rápidamente como sea

posible y elevarla a la temperatura de vaciado requerida.

- La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como

precisión de su composición.

- La producción requerida del horno.

- El costo de operación del horno.

Tipos de hornos usados en fundición:

- El cubilote de fundición.

- Los hornos de reversos.



- Hornos rotatorios.

- Hornos de crisol.

- Hornos de crisol de tipo sosa.

- Hornos basculantes.

- Hornos de aire.

- Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.

Convertidores: no es fundamentalmente un horno de fusión, aun

cuando se use en la producción de acero para manufactura de

vaciado.

Punto de fusión aprox. De los metales:

Los metales se funden a diferentes temperaturas.

La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales más

comunes.

METALES PUNTO DE FUSION

Estaño 240°C (450°F)

Plomo 340°C (650°F)

Cinc 420°C (787°F)

Aluminio 620°-650°C (1150°-1200°F)

Bronce 880°-920°C (1620°-1680°F)

Latón 930°-980°C (1700°-1800°F)

Plata 960°C (1760°F)

Cobre 1050°C (1980°F)

Hierro fundido 1220°C (2250°F)

Metal monel 1340°C (2450°F)

Acero de alto carbono 1370°C (2500°F)

Acero medio para carbono 1430°C (2600°F)

Acero inoxidable 1430°C (2600°F)

Níquel 1450°C (2640°F)

Acero de bajo carbono 1510°C (2750°F)



METALES PUNTO DE FUSION

Hierro forjado 1593°C (2900°F)

Tungsteno 3396°C (6170°F)

Vaciados en arena

A parte de los metales metalúrgicos formados por métodos en que

interviene la metalurgia de polvos, los metales y las aleaciones se

funden primero y luego se vacían en un molde de forma

predeterminada. En algunos casos, el molde puede ser de forma

simple obteniéndose lingote que subsecuentemente se forma

plásticamente por forjado, laminado o extrusión.

Pasos básicos en un proceso de vaciado de arena:

1. Requiere primero del moldeo en arena de fundición, alrededor

de un patrón adecuado de tal manera que este pueda retirarse,

dejando un cavidad de la forma requerida en arena. Para

facilitar este procedimiento, el molde de arena se divide en dos

o más partes.

2. En vaciados de formas simples, puede usarse un molde de dos

partes, en el que cada mitad está contenida en un marco en

forma de caja.

Defectos en los vaciados de arena:

Los defectos pueden presentarse por fallas técnicas que se pueden

clasificar bajo los siguientes encabezados:

- Mala práctica en la fusión.

- Mala práctica en el vertido.

- Moldeo pobre.

- Diseño incorrecto del moldeo, composición incorrecta del metal.



Si un vaciado tiene cargadores inadecuados los efectos de rechupe se

pueden manifestar como porosidad interna, cavidades, o bien, en la

forma de depresiones en la superficie del vaciado, como se ha

indicado antes.

- Las burbujas.

- Las inclusiones.

- Los pliegues fríos.

- Roturas en calientes.

Arena y mezcla para moldeo

La arena es el material básico que emplea el moldeador para

confeccionar sus moldes, para los diversos tipos de metales y

aleaciones que usualmente se producen en los talleres y fabricas de

producción.

La planta centralizadora de arena ubicada en un taller o fabrica

suministra arenas ya preparadas mediante un sistema de cintas

transportadoras a las distintas secciones del moldeo, a través de los

depósitos y tolvas de almacenaje, situados en mayor altura y que

reciben continuamente la arena usada para acondicionarla

nuevamente.

Distintos tipos de arenas para moldeo:

- Arena Verde: es una arena húmeda, es decir, que se ha secado.

- Arena seca: es aquella a la que se le ha eliminado toda la

humedad antes de efectuar la colada, mediante el secado de

enfurtas.

- Arenas de revestimiento o de contacto: es la que se apisona

contra la cara del moldeo y una vez extraído este, formará la

capa interna del molde.



Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado.

EQUIPOS Y MATERIALES

Modelo ( seleccionado la clase anterior)

Cajas de moldeo

Tabla de Moldeo

Herramientas de moldeo

Talco ó grafito

Ductos para bebederos

Arena de Moldeo

Arena para almas



CALCULOS

1) Tomar las medidas el modelo seleccionado

Para la pieza 1



Hallando el volumen del modelo

Pieza Diámetro

Lado

Altura Volumen

1 1,7 - 1,5 3,40470103833 cm3

2 3,0 - 2,2 15,5508836353 cm3

3 - 2,0 0,8 8,31384387632 cm3

4 3,0 - 3,0 21,2057504117 cm3

5 2,5 - 2,2 10,7992247468 cm3

6 0,9 - 1,8 1,14511052223 cm3

VOLUMEN TOTAL 60,4195142307

cm3

Como necesitamos la masa de Aluminio, necesitamos conocer la densidad del aluminio que es 2,7 gr/ cm3 a temperatura ambiente, entonces tenemos:

Calculo de la masa:



Área de enfriamiento de la pieza:

Volumen de la mazarota:

Para el cálculo de la mazarota tenemos la siguiente relación que depende de la contracción volumétrica del aluminio. (7% - solidificación)

Vm = Volumen de la mazarotaVp = Volumen de la piezan = coeficiente de seguridad [1,5-3] c = coeficiente de contracción

Para la Pieza 2



Hallando el volumen del modelo

Pieza Radio Lado

Altura Volumen

1 2.875 - 4.59 119.189570908 cm3

2 4,675 - 2,94 201,864724562 cm3

3 3,825 - -2,335 1,8 7,18 213,405336079 cm3

4 1,73 - 4,39 41,2768549464 cm3

5 2,37 - 1,88 33,1745021387 cm3

6 1,30 - 3,66 19,4320071995 cm3


cm3

Como necesitamos la masa de Aluminio, necesitamos conocer la densidad del aluminio que es 2,7 gr/ cm3 a temperatura ambiente, entonces tenemos:

Calculo de la masa:



Área de enfriamiento de la pieza:

Volumen de la mazarota:

Para el cálculo de la mazarota tenemos la siguiente relación que depende de la contracción volumétrica del aluminio. (7% - solidificación)

Vm = Volumen de la mazarotaVp = Volumen de la piezan = coeficiente de seguridad [1,5-3] c = coeficiente de contracción

2) Determinar el empuje metalostatico

Para determinar el empuje metalostatico, tenemos que darnos cuenta que este es debido a el fluido ingresado en la fundición.

Del siguiente grafico obtenemos que el volumen especifico del Aluminio es 0,43 aprox. (Tomamos la densidad en modo líquido para el empuje) y calculamos la densidad:



0.36

0.37

0.38

0.39

0.4

0.41

0.42

0.43

0.44

0 200 400 600 800 1000

Temperatura ( ºC )

Volu

men

esp

ecifi

co (

cm3/

g )

Además de la densidad necesitamos el volumen que recibe dicho empuje, en este caso es el volumen que se encuentra por encima del molde, tomamos como altura de la mitad de la caja como h=15 cm. Lo calculamos de la siguiente manera:

Para el primer modelo:

Ahora calculamos el empuje según la fórmula de fluidos:



Por lo tanto el empuje es 9,0535 Newton, con esto podemos darnos cuenta que esta pieza no necesitara un peso para contrapesar el empuje, ya que este empuje es aproximadamente ejercido como por un kilo de arena, y en la caja hay mucho más de lo mencionado, esto además se verifica por la pequeñez del modelo.

Para el segundo modelo:

Ahora calculamos el empuje según la fórmula de fluidos:

Por lo tanto el empuje es Newton, con esto podemos darnos cuenta que esta pieza si necesitara contrapesar el empuje, ya que este empuje es mayor al anterior, para eso habría que hacer los cálculos de peso de arena y peso de caja para verificar cuanto de peso se necesitara.

3) Volumen Final y deformación de las piezas finales

El proceso de fundición empieza con el diseño del modelo para así fabricar el molde, este tiene una cavidad cuya forma geométrica determina la forma de la parte a fundir. La cavidad debe diseñarse de forma y tamaño ligeramente sobredimensionado, esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento Cada metal tiene porcentaje de contracción, por tanto la precisión dimensión es crítica, la cavidad debe diseñarme para el metal en particular que se va a fundir.



Por lo tanto:

Siendo el coeficiente de contracción del aluminio 72*10-6, el volumen final se deduce por:

Dónde: la variación de temperatura es punto de fusión = 660ºC – Tamb=25ºC

=635ºC

Así tenemos el porcentaje de reducción volumétrico:

Porcentaje de reducción es = %

% = 4.372%

Y el porcentaje de reducción lineal se aproxima mediante el

enfoque , entonces podemos aproximar:

Para la primera pieza

57,7779083 cm

A continuación mostramos una tabla con los volúmenes y medidas reducidas que se obtendrán después de la fundición de la pieza Nº1:

Pieza Diámetro Lado AlturaVolumen final

1 1,6752 - 1,4784 3,25584752 2,9563 - 2,1679 14,8709993 - 1,9709 0,7883 7,95036264 2,9563 - 2,9563 20,2786355 2,4636 - 2,1679 10,327083



6 0,8869 - 1,7738 1,0950463 VOLUMEN TOTAL 57,777973

Para la segunda pieza

600,8718345 cm

A continuación mostramos una tabla con los volúmenes y medidas reducidas que se obtendrán después de la fundición de la pieza Nº2:

Pieza Radio Lado Altura Volumen final1 2.8331 - 4,5231 113,9786022 4,6069 - 2,8972 193,0391943 3,7693 - -

2,3010 1,7738 7,0754 204,0752494 1,7048 - 4,3260 39,4722305 2,3355 - 1,8526 31,7241136 1,2810 - 3,6067 18,582440


4) De acuerdo al volumen calcular el tiempo de solidificación

Aproximaremos el tiempo según la relación:

Para el primer modelo tenemos:



Esto quiere decir que el tiempo aproximado de solidificación es aproximadamente 1 min, esto se debe a que el modelo es pequeñísimo y con un pequeño volumen se verifica tal enfriamiento.

Para el segundo modelo tenemos:

Esto quiere decir que el tiempo aproximado de solidificación es aproximadamente 4 min, esto se debe a que este modelo es más grande que el anterior y necesitara mayor tiempo de enfriamiento.

PROCEDIMIENTO

Se selección la caja de acuerdo al tamaño del modelo: Para esto hay que tener en cuenta que la caja debe tener una distancia considerable entre los bordes y el molde que se realizara ya que si esta distancia es muy corta puede ocurrir un desborde al retirar el modelo.

Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja de moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la posición de las asas )

Ubicar el modelo ( si es entero ) o la mitad del modelo ( si es partido) en el centro de la caja

Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo: Esto permite facilidad para el momento de quitar el modelo, además el grafito se puede usar para el final de manera que quede mejor el moldeo.

Agregar la arena de contacto (arena tamizada) aproximadamente que tape 5 cm al modelo: La tamizada permite que sea un aplastamiento uniforme para evitar aglomeraciones alrededor del molde.

Presionar manualmente la arena con la finalidad de aplicar la propiedad plástica de la arena



Llenar la caja con arena de relleno

Compactar con los atacadores

Enrasar con una regla

Voltear la caja y colocar la caja superior

Colocar la otra mitad del modelo ( si es modelo partido)

Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas: Para esto hay que tener en cuenta las zonas calientes de los modelos, y el bebedero debe ser escogido de tal manera que el enfriamiento sea uniforme y no haya desperfectos por rechupe.

Se procede tal como en la caja inferior

Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la copa del bebedero

Abrir la caja , extraer el modelo y colocar el ó las almas si es que las tienen

Hacer el conducto de colada y los de las mazarotas

Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición de las cajas coincidan

Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad

Colocar su caja en la zona de colada



Tomar la temperatura de colada

Sacar el producto

Tomar las medidas obtenidas en su producto



Cuadro Nro.

Metal o aleación

Temperatura de fusión 0C

Calor específico del sólido

Calor específico del líquido

Calor latente de fusión

Estaño 232 0.056 0.061 14Plomo 327 0.031 0.04 6Zinc 420 0.094 0.121 28Magnesio 650 0.25 ----- 72Aluminio 657 0.23 0.39 85Latón 900 0.092 ----- ----Bronce 900 a 960 0.09 ----- ----Cobre 1083 0.094 0.156 43Fundición gris

1200 0.16 0.20 70

Fundición blanca

1100 0.16 ---- ----

Acero 1400 0.12 ---- 50Níquel 1455 0.11 ---- 58


Rechupes

Rechupes

Superficie áspera y porosa

Rebabas


OBSERVACIONES

Se observa que se produce rechupe en la pieza debido al lugar donde se colocaron las mazarotas y que solo se pusieron dos.

Se observa que la superficie de la pieza es áspera esto debido a la finura de la arena.

En la superficie de la pieza puede verse que es porosa debido a los gases que produce el aluminio.

Se observan rebabas en el límite entre las cajas de moldeo.

RECOMENDACIONES

Debe tenerse cuidado al picar el molde porque si este entra en la cavidad, el metal liquido puede entrar en la perforación y producir lo que se conoce como “cola de ratón”.

Debe presionarse bien la arena a fin de que esta esté bien compacta y no se desmorone.

Debe elegirse el lugar de la mazarota lo más cerca posible a la cavidad, sin tocarla, para evitar rechupes.

El canal de la mazarota a la cavidad no debe ocupar mucha área de esta para facilitar la extracción de las mazarotas.



CONCLUSIONES

Se concluye que para obtener una pieza sin defectos por rechupes debe tomarse en cuenta cuantas mazarotas deben ser puestas en el molde de arena, el lugar donde se colocan y el diámetro de estas.

Debe calcularse el empuje metalostático para determinar el peso que debe colocarse encima ya que si no puede levantar el molde y derramarse el aluminio líquido.


Documents

Informe - Moldeo y Colada