Presentación Magg

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TALLER TEORICO/PRACTICOPROCESO DE DIE CASTING

Instructores:ING. RUBN GIL GARCAINGENIERIA PARA FUNDICIONES

ING. SALVADOR TOVAR FRANCISCO SERVICIOS COMERCIALES METALRGICOS S.C.

TEMARIO

1. Introduccin al proceso de Inyeccin (Die casting )

1.1. Principios bsicos de la tcnica del proceso1.2. Llenado del molde y obtencin de la presin de Inyeccin2. Mquinas de inyeccin

2.1. Equipo de inyeccin

2.2. Caractersticas generales.

2.3. Partes principales.2.4. Montaje Molde.

2.5. Ajuste parmetros de inyeccin.

2.6. Fases e Inyeccin.2.7. Volumen de metal a inyectar.

2.8. Solidificacin.

2.9. Mquinas de cmara caliente

2.10. Mantenimiento

3. El molde3.1. Constitucin y diseo del molde de Inyeccin3.2. Caractersticas

3.3. Partes del molde

3.4. Principios de diseo de moldes.3.5. Calentamiento molde

3.6. Aplicacin des-moldante.

3.7. Curado de moldes

3.8. Refrigeracin y termorregulacin.3.9. Mantenimiento molde

4. Metales de inyeccin

4.1. Aleaciones para inyectar4.2. Especificacin de aleaciones de Aluminio Elementos de Aleacin de Aleaciones de aluminio

TEMARIO

5. Fusin de Metales5.1. Introduccin a la fusin de metales de inyeccin y manejo de Metal Lquido5.2. Seguridad del proceso de fusin6. Hornos6.1. Central de Fusin6.2. Tipo de Hornos6.3. Crisol6.4. Reverbero7. Impurezas en aluminio lquido7.1. Hidrgeno7.2. Inclusiones7.3. Lodos de fusin

8. Limpieza y tratamiento de las aleaciones de Aluminio.8.1. Sales de Limpieza8.2. Uso y beneficios de agentes modificadores y refinadores.9. Reciclaje de coladas y retornos10. Defectos y soluciones en piezas inyectadas.11. Costos promedio.12. Conclusiones y aplicacin de Evaluacin a asistentes

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Introduccin al proceso de InyeccinDie casting

PLATINA ESTACIONARIA

CUBIERTA DE MOLDE

PASADOR DE EYECCIN

PLATINA MOVIL

SOPORTE EYECTOR Y PION

BLOQUE EYECTOR

CAVIDAD DE MOLDE COLADA DE

ALIMENTACION

LINEA DE PARTCION

CAMARA DE INYECCION

CUCHARA

PISTON DE INYECCIONCILINDRO DE

INYECCION

DESCRIPCION DEL PROCESO

La mquina de inyeccin es dispuesta a un costado del horno de metal lquido

A continuacin, metal lquido es mecnicamente vaciado al cilindro de inyeccin.

El pistn de inyeccin se acciona, inyectando a alta presin, el metal en el molde

El metal permanece unos instantes en el molde, donde se realiza la solidificacin del metal en un breve perodo de tiempo.

El molde se abre y se expulsan las piezas El proceso se repite una y otra vez, continuamente

Principios bsicos de la tcnica del proceso

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Mquinas de inyeccin

Equipo de inyeccin

Hay varios tipos de mquinas de inyeccin en uso hoy en da, la mayor parte de estas mquinas son accionadas hidrulicamente y operan en forma horizontal y vertical.

Estas mquinas tambin se caracterizan por su diferencia entre la direccin de inyeccin del metal al molde, ya sea vertical u horizontal y los sistemas de sujecin para mantener el molde cerrado durante la inyeccin

Los dos tipos principales de las mquinas de inyeccin son: de cmara caliente y cmara fra

El tipo la cmara caliente se usa principalmente para la inyeccin zinc y otros metales de bajo punto de fusin, sin embargo, tambin se utiliza para la inyeccin de magnesio.

Mquinas de cmara caliente

El tipo la cmara caliente se usa principalmente para la inyeccin zinc y otros metales de bajo punto de fusin, sin embargo, tambin se utiliza para la inyeccin de magnesio.

En el sistema de cmara caliente, el sistema de dosificacin de metal se localiza dentro del crisol mantenedor que cuenta con un sistema de inyeccin para transferir el metal a travs de un tubo en forma de cuello de cisne, el sistema impulsa el metal por medio de mbolo de inyeccin, por esta razn las aleaciones de aluminio y de cobre no son adecuadas para este tipo de proceso ya que existe un ataque qumico al sistema de inyeccin sumergido.

Cuando el pistn se levanta recoge el metal descargndolo en el tubo a travs de un puerto cuando el mbolo desciende, se cierra el puerto y conduce el metal a travs de las boquillas en el extremo del cuello de ganso hacia el molde.

Las presiones de inyeccin varan de 1,500 a ms de 45,000 libras por pulgada cuadrada o de diez a treinta mega Pascales

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Mquinas de cmara Fra

Las mquinas de cmara fra la se utilizan principalmente para la inyeccin de aluminio, magnesio y aleaciones de cobre, en la cmara fra la mquina se suministra el metal por medio de una cuchara o un sistema de alimentacin externa, que es un horno de mantenimiento, localizado a un costado de la mquina, los componentes del sistema de alimentacin no estn sumergidos en el metal lquido, la cuchara vierte el metal en el cilindro de inyeccin, posteriormente, el mbolo avanza, se cierra el ataque decolada y descarga el metal liquido en el molde

Las presiones de inyeccin varan de 10,000 libras por pulgada cuadrada menos 69 mega pascales para aluminio y magnesio, aunque algunas mquinas pueden ofrecer an presiones ms altas.

Mquinas de inyeccin

Partes principales de

la maquina de inyeccin .

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Llenado del molde:Fases de Inyeccin

Al soltar el disparo, el pistn de inyeccin, que debe introducir el metal lquido en el molde, marcha primero a velocidad lenta, a fin de no derramar metal a travs del orificio de carga de la cmara. Por tanto, el pistn se mueve a baja velocidad hasta que ha rebasado completamente dicho orificio.

A esta fase de la carrera se la llama aproximacin; slo es precisa en mquinas de inyeccin con cmara fra horizontal, si bien en las mquinas con cmara caliente tambin se va despacio en la primera fase, a fin de poder expulsar efectivamente el aire de la cmara de presin.

Llenado del molde fases de Inyeccin

En la segunda fase, el pistn se acelera a alta velocidad; recorre la cmara de presin y embalsa el metal lquido hasta el ataque de la pieza.

Esta segunda fase se conoce con el nombre de preparacin. En la tercera fase el movimiento del pistn introduce el metal lquido a

travs de la abertura del ataque de colada y llena la cavidad del molde; esta ltima fase se denomina llenado o colada.

Tan pronto como la cavidad del molde est completamente llena, el pistn experimenta un frenado brusco y su velocidad cae rpidamente a cero.


La presin de aproximacin es extraordinariamente baja, mientras que; por el contrario durante la preparacin existe un cierto aumento de presin.

Tan pronto como el metal fundido atraviesa el ataque de colada y penetra en la cavidad del molde, se produce un nuevo aumento de presin, y la compresin que aparece con ello se tomar como determinante de la presin de llenado, en el sentido del proceso de llenado propiamente dicho.

Concluido el llenado del molde, el movimiento del pistn se frena de golpe, y se produce un rpido aumento de presin hasta alcanzar la presin final efectiva. Esta presin final produce la compactacin de la pieza.

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El molde

Constitucin y diseo del molde de Inyeccin

Por lo general los moldes se producen en aceros grado herramienta, con estructura, tipo martenstica y con tratamiento trmico de envejecimiento, tambin son utilizados, en menor medida, aceros aleados al tungsteno y molibdeno, con alta resistencia en caliente y a las altas temperaturas.

Los moldes por lo general son manufacturados por el maquinado de bloques de acero, pero tambin pueden ser vaciados y debido a los requerimientos de alta precisin, su costo de manufactura es caro, pero los moldes son reutilizables para miles y cientos de miles de piezas inyectadas.

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Constitucin y diseo del molde de Inyeccin

Los moldes observan en su diseo un puerto de entrada del metal lquido proveniente del sistema de inyeccin, canales llamados corredores, que son por donde el metal fundido fluye hasta llegar a la puerta o puertas de acceso en a la cavidad del molde y generalmente son bipartidos.

Los moldes son generalmente de una sola cavidad o cavidades mltiples, estos moldes de cavidades mltiples, se utilizan para inyectar varias piezas idnticas, sin embargo tambin pueden ser usados para producir piezas de diseo diferente y llamndolos comnmente, moldes combinados.

Partes del molde

Llenado de Molde

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Llenado de Molde

Llenado de Molde

2 Donde:V= Velocidad de la corriente (cm/s)

g= Aceleracin de la gravedad (981 cm/s2)

P= Presin de la corriente (kg/cm2)

= Densidad del metal fundido (kg/cm3)

Llenado de Molde

Curva de presiones en el cilindro de accionamiento de unamaquina de Cmara fria

durante Ia colada

Curva de presiones en la cavidad del molde durante la colada

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Particin del molde

El molde consta de dos partes principales, los llamados semimolde bebedero y semimolde expulsor.

En situacin de inyectar, ambas mitades estn cerradas; se mantienen en su posicin por medio de la accin de la fuerza de cierre proporcionada por la mquina.

Esta superficie de contacto de ambos semimoldes es al mismo tiempo el plano de particin, que con el molde abierto permite la extraccin o expulsin de la pieza colada y solidificada.

Particin del molde

Ejemplos de particin del molde para conseguir que Ia piezainyectada quede retenida en el semimolde expulsor:(1) pieza plana, (2) retencin por salida diferente, (3) y (4) retencin por

contraccin sobre un postizo, (5) y (6) retencin por corazn metlico

Particin del molde

Molde con superfcie de particin irregular

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Guas del molde

Los moldes deben estar provistos de guas para los movimientos de apertura y cierre, a fin de facilitar un ajuste preciso de ambos semimoldes.

Para ello se utilizan los casquillo de gua, montadas en el semimolde fijo, mientras que la placa mvil de molde esta equipada con los correspondientes casquillos de gua

Tcnica del ataqueSistema bebedero-canal-ataque

En el interior del molde y a travs de los canales de circulacin se realiza la conduccin del metal fundido a la cavidad del molde, canales que deben ser dimensionados y dispuestos de forma adecuada.

Se distinguen tres partes en este sistema de conduccin, llamadas bebedero, canal de colada y el ataque de colada propiamente dicho, a travs del cual el metal fundido entra en la cavidad del molde. La conexin inmediata con el grupo de inyeccin la realiza el bebedero, que conduce el metal fundido al canal de colada.

Bebedero, canal y ataque representan por tanto un sistema cerrado que, de acuerdo con las condiciones de colada, debe disponerse de forma que el metal alcance la cavidad del molde por el camino ms corto y sin turbulencias que puedan evitarse.

Sistema bebedero-canal-ataque

Disposici6n del bebedero en moldes para maquinas con cmara de presin horizontal

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Sistema bebedero-canal-ataque Las piezas que no estn provistas de bebedero central, se precisa un canal de

colada para la uni6n entre el cono bebedero o la cmara fra horizontal y el ataque de la pieza.

Este canal de colada debe conducir el metal fluido al ataque por el camino mas corto y mas recto posible.

El canal de colada se maquinar solamente en un semimolde, normalmente en el mvil; las paredes laterales del canal de ben disponer de una salida suficiente (5 a 15).

La seccin SL del canal debe ser del 20 al 50% mayor que la seccin Sa del ataque que se alimente: 1.201.5

El ancho B del canales alrededor del 70% mayor que su espesor D. Bajo estas condiciones, este ultimo puede calcularse de la siguiente forma:

0.77

Sistema bebedero-canal-ataque

Con las expresiones anteriores quedan determinadas las dimensiones de la seccin del canal

En el caso en que sean necesarios varios canales, Iaseccin del canal principal ser igual a la suma de las secciones de los canales secundarios que se derivan de aquel.

La secci6n mas pequea del cono de bebedero debe ser por lo menos igual, pero preferiblemente algo superior, que la secci6n mxima del canal.

En todo caso, es muy importante que las secciones de circulaci6n desde el bebedero basta el ataque.

Dimensiones de la seccin del canal

Metales para inyeccin

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Temario

Aleaciones de Aluminio Especificacin de aleaciones de AluminioElementos de Aleacin de Aleaciones de

aluminio Aleaciones de ZnEspecificacin de aleaciones de ZnElementos de Aleacin de Aleaciones de Zn

Aleaciones de Aluminio

Aleaciones de Aluminio

Las aleaciones de aluminio utilizadas en el proceso de inyeccin, tiene como caractersticas relevantes:

Materiales ligeros Buena resistencia a la corrosin Facilidad de inyeccin Buenas propiedades mecnicas Estabilidad dimensional.

No obstante existe una gran variedad de aleaciones de aluminio para inyeccin a presin, siendo de origen de Aluminio primario o de Aluminio secundario.

Los diseadores usualmente eligen una aleacin estndar, enlistadas a continuacin. Tambin existen aleaciones especiales para aplicaciones especiales, pero su uso implica

generalmente un premio mayor a su costo;

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Composicin qumica

(% max. orango)

A360 A380 A383 A384 A390 A413 (A13)

Si 9-10 7.5-9.5 9.5-11.5 10.5-12 16-18 11-13

Fe 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3

Cu 0.6 3-4 2-3 3-4.5 4-5 1.0

Mn 0.35 0.50 0.50 0.50 0.50 0.35

Mg 0.4-0.6 0.10 0.10 0.10 0.45-0.65 0.10

Ni 0.50 0.50 0.30 0.50 0.10 0.50

Zn 0.50 3.0 3.0 3.0 1.5 0.50

Sn 0.15 0.35 0.15 0.35 0.20 0.15

Ti 0.20

Total otros 0.25 0.50 0.50 0.50 0.20 0.25

Aluminio Bal. Bal. Bal. Bal. Bal. Bal.

PROPIEDADES A360 A380 A383 A384 A390 A413 (A13)

Mxima resistencia a la traccin (ksi) 46 47 45 48 40.5 42

Lmite Elstico (ksi) 24 23 22 24 35 19

Elongacin (% in 2" G.L.) 3.5 3.5 3.5 1-2.5 3.5

Dureza(HB) 75 80 80 85 120Resistencia al Cizallamiento (ksi) 26 27 25 29Resistencia al impacto Charpy(ft. lb.- sin muesca) 4.2 3.5 2.0Resistencia a fatiga (ksi) (limite @ 500 x 106 Ciclos) 18 20 19 20 20

Densidad (lb./in.3) 0.095 0.098 0.097 0.098 0.099 0.096

Rango de fusin (F) aprox. 1035-1105 1000-1100 960-1080 960-1080 945-1200 1065-1080

Calor especfico (Btu/lb.F) 0.23 0.23Coeficiente de expansin trmica (in./in./oF) 11.8 11.7 11.5 11.3 11.7 10.3Conductividad trmica (Btu/fthr.oF) 65.3 55.6 55.6 56 78.6 67.7Conductividad Elctrica (% IACS) 29 31 23 23 25 31

Mdulo de elasticidad (106 psi) 10.3 10.3 10.3 10.3 11.9 10.3

CARACTERISTICAS (1-ms deseable; 4 menos deseable)A360 A380 A383 A384 A390 A413 (A13)

Resistencia a fractura en caliente 2 2 - 2 - 1Estanqueidad bajo presin 1 2 2 2 - 1Pulido 3 3 - 3 - 4Fluidez 2 2 1 1 - 1Resistencia a la Corrosin 3 4 3 4 - 2Maquinabilidad 2 2 2 3 - 4Resistencia a temperaturas elevadas

3 2 2 1 - 2

Tendencia a adhesin al molde 3 1 2 2 - 2Electro platinado 1 1 - 2 - 3Apariencia de Anodizado 4 4 - 4 - 4

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PRINCIPALES ELEMENTOS DE ALEACIN

SILICIO

Principal elemento de aleacin de las aleaciones usadas comnmente en la fundicin del aluminio.

Incrementa vaciabilidad reduce deformacin en caliente y contraccin durante la solidificacin.

Reduce ductilidad y maquinabilidad

Las aleaciones que contienen menos que 11,8% silicio se clasifican como hipoeutcticas, que aquellas que contienen mas de 11.8%. se consideran hipereutcticas

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Estructuras resultantes

Cobre

Son aleaciones de mayor uso en las aleaciones de aluminio para uso automotriz, con silicio en cantidad menor.

Susceptibles a tratamiento trmico, por Temple/envejecimiento.

Excelentes propiedades resistencia mecnica, dureza y resistencia a la abrasin, y a la corrosin.

Magnesio

Incrementa la resistencia a la traccin y dureza de manera especial imparte mejores propiedades a temperaturas elevadas y caractersticas de terminado superficial a espejo

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Fierro en Aluminio

El Fe no se considera como un elemento de la aleacin , sino realmente es una impureza.

Aunque est presente virtualmente en todas las composiciones de las aleaciones, fortaleciendo la fase Alfa

Se combina con el Mn precipitando una estrucctura llamada escritura china

Manganeso

El Mn normalmente no se considera un elemento de la aleacin sino que sirve de "recolector" de Fe, precipitndolo, pero en cantidades ms altas del requerido puede ser perjudicial.

Efecto del Mn y el Fe

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Zinc

El Zinc es un elemento comn de aleacin en las aleaciones de diecasting, en cantidades hasta 3%. En concentraciones menores que 3%, Zinc tienen poco efecto en las propiedades.

Bismuto, Cadmio, Plomo, Estao

Los elementos, tienen una solubilidad muy baja se consideran como impurezas indeseables. En concentraciones mas alta se precipita un intermetlico impartiendo fragilidad, agrietamiento caliente, y reduccin de propiedades mecnicas en estado del slido, y formacin excesiva de escoria durante la fusin.

Nquel Es normalmente una impureza aceptable, hasta un nivel de 0,5%

en la mayora de las aleaciones sin efectos perjudiciales.

Se recomienda en aplicaciones sujetas a altas temperaturas y buenas propiedades mecnicas

Incrementa la resistencia a la traccin, reduccin al efecto del "creep".

En algunos casos el nquel se incrementa hasta un nivel de 12% como en las aleaciones usadas en la fabricacin de pistones.

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Introduccin a la fusin de metales de inyeccin y manejo de Metal Lquido

Fusin de metales de inyeccin (HPDC)

El Proceso de HPDC involucra la solidificacin de metales para crear productos.

La condicin del metal solidificado depende del control del proceso. El Proceso de HPDC inicia cuando el metal se encuentra dentro de

especificacin qumica, limpieza de metal, temperatura es vaciado dentro de la cmara de inyeccin.

La preparacin, cuidado y manejo antes de ser vaciado dentro de la cmara de inyeccin del metal, es crtico para obtener los parmetros deseados de la pieza.

Es importante resaltar: Hasta que el proceso de fusin del metal sea controlado, entonces el

proceso de HPDC podra ser controlado

Fuentes de suministro

La mayora de las fundiciones de HPDC se proveen de metal bajo especificacin en forma de lingote.

Otras reciben su metal en forma lquida

Manufacturan su aleacin en planta

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Requerimientos energticos para fusin

Los sistemas de fusin en el proceso HPDC tienen el objetivo de convertir y transferir la energa contenida en los combustibles (Gas Natural, Propano, Combustleo, etc.) al metal cargado al horno, para cambiarlo de fase slida a fase lquida.

El conocimiento de la fusin del aluminio comienza con la comprensin de cuanta energa deber ser adicionada al horno al fin de convertir el metal slido a lquido


A la temperatura a la que la convierte en un slido lquido, se requiere de una gran cantidad de energa por el metal para realizar este cambio de fase .

Esto se llama calor latente de fusin, y es aproximadamente 1/3 del calor total fundir una libra de aluminio.


El calor que se necesita para fundir el metal a temperatura ambiente, a una temperatura por encima del punto de fusin del metal es posible calcularlo con la siguiente ecuacin:

1 1 76 CL Donde. 1 CalorRequerido CalorespecficoestadoSlidoBtu/lbF t1= TemperaturadeSolidus F LCalorLatentedefusinrequeridoBTU/lb CLCalorespecficoestadolquidoBtu/lbF tTemperaturadelmetalF tLTemperaturadelLquidus F

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MetalDensidadLb/in3

CalorespecficoBTU/lbF

CalorLatentedeFusin

LBTU/lb

Temp.delquidus

tLF

Temp.delmetaltF

CalorTotal

requeridoH1

BTU/lbSolidoCS LquidoCL

Al 0.09 0.25 0.26 173 1220 1350 493Zn 0.24 0.12 0.11 44 787 900 142Mg 0.06 0.28 0.32 148 1204 1350 510

Zamak3 0.10 43 780 113Al(380AA) 0.34 169 1250 475

Determinacin de requerimientos energticos para fusin

1 1 76 CL

EFICIENCIA DE FUSION

La energa H 1 que es absorbida por el metal, usualmente es inferior a la Energa H 2 que debe generarse por el combustible.

Esta diferencia es energa que se pierde debido a una variedad de razones.

Esta proporcin de energa utilizada contra la generada es conocida como la eficiencia en general, de fusin y se expresa como:

Seguridad en el proceso de fusinSEGURIDAD DE PERSONAL

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Seguridad de operacin

El uso de equipo de proteccin y seguridad, cuando se labora cerca de metal lquido es importantsimo, a fin de prever accidentes de trabajo a operarios.

Esto puede representar la diferencia entre la vida y la muerte. Seleccin de Equipo Establecimiento de programas de seguridad. Quemaduras

FORMULARIO DE EVALUACIN DE RIESGOS

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Requerimientos de uso de Equipo de Seguridad Requerimientos Mnimos Lentes de SeguridadCalzado con casquillo

de aceroAccesorios resistentes a

flama y a metal lquido:GuantesChamarras antiflama Polainas durante la

operacin de vaciado

Protectores Faciales

En algunas Plantas:Casco de seguridad Polainas en pies y

piernas Respiradores

(Operacin de Aplicacin de fundente)

Ropa aluminizada

SEGURIDAD

SIEMPRE, PERO SIEMPRE: Asegurarse que el horno se mantenga en fuego bajo

antes de cualquier operacin de limpieza o carga

Asegurarse que las puertas permanezcan aseguradas antes de limpieza

NUNCA,,,, PERO NUNCA, SE REALICE LA TOMA DEMUESTRAS POR LAS PUERTAS.

SIEMPRE !!!!!!, Utilizar, el equipo de seguridad apropiado.

Usando el equipo de proteccin y seguridad Vistiendo la ropa protectora y el equipo de seguridad apropiados, cuando

se trabaja con aluminio lquido fundido es extremadamente importante a fin de prevenir lesin alguna a los operarios del rea de fundicin.

Significando el uso de del equipo de seguridad, la diferencia entre la vida y la muerte.

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QUEMADURAS

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Sistemas de Fusin usados en el proceso de HPDC

Hornos usados en HPDC

En el proceso de HPDC se utilizan principalmente los siguientes tipos de hornos para fundir el metal: Crisol Reverbero

Existen varios factores que han de considerarse para seleccionar el mejor tipo de horno de fusin para una aplicacin determinada.

HORNOS DE CRISOL

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Hornos de Crisol

El horno de crisol consta de un crisol de Carburo de silicio-grafito por lo general con capacidad de hasta 1500 lb de aluminio, insertado en una carcasa de acero con revestimiento interior de refractario.

Hornos de Crisol

Se calientan por la combustin de combustible (Gas lquido), por medio de resistencias elctricas embebidas en el recubrimiento refractario.

El calor se transfiere a la carga metlica a travs de las paredes del crisol.

El calor se transfiere a travs superficie del crisol a razn de aproximadamente 20.000 Btu/m-hr.

Prdida de Radiacin superficie expuesta es de 13000 btu/pie cuadrado-hr.

Hornos de Crisol (Resistencias elctricas)

Las resistencias elctricas tambin puede son usadas como elementos calefactores en hornos de crisol.

Elementos de la resistencia elctrica se disponen embebidas el revestimiento refractario.

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Tipos de Hornos de CrisolEFICIENCIA TERMICA

Hornos de Crisol (Ventajas y Desventajas)

Crisol hornos tienen la ventaja de un bajo costo de inversin, mnimanecesidad de espacio, la facilidad de cambio de aleacin y lasimplicidad de la reparacin.

La principal desventaja es el bajo ndice de fusin. Costo de reemplazo de crisoles Requiere cuidado excesivo. Entrada de calor est limitada por el espacio disponible para la

combustin y el rea disponible para transferencia de calor.

Hornos de Reverbero

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Hornos de Reverbero

Horno de reverbero es generalmente rectangular, cubierto por una bveda de materiales refractarios y con chimenea, que refleja (o reverbera) el calor producido, por la combustin de combustibles slidos, lquidos o gaseosos

Tales hornos se usan en la produccin de aleaciones de metales no ferrosos, especialmente en la produccin de piezas de aluminio.

Hornos de Reverbero

Este tipo de hornos fueron empleados en el procesamiento de metales.

La capacidad de los hornos de reverbero es muy variable y oscila entre los 45 Kg a los 100,000 Kg que tienen los empleados para la fusin de metales frreos y no frreos, inclusive para la para la fusin de la fundicin de hierro.

Transferencia de Calor Radiacin

Flama a la Carga Refractario (mayor)

Conveccin

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Transferencia de Calor

Diagrama Sankey

Calor TotalIngresado al

Horno Calor Disponible a carga

Anlisis trmico

2.50 MW 100% 1.35 MW (53%)0.115 MW (0.46%)

1.1 MW(44%)

Horno reverbero 60 Ton.

Calor Total Ingresado

Calor a Chimenea

Calor a Paredes

Calor a Bao

metlico

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Hornos de Reverbero Los hornos de reverbero son clasificados convencionalmente como:

Hornos de Cmara Seca Hornos de Cmara Hmeda Reverbero de Energa Elctrica Radiante

Hornos de Cmara Seca

El horno de cmra seca consiste observa un rea refractaria inclinada con una pendiente, donde se realiza la carga y se mantiene hasta su fusin.

El metal lquido, se aloja en una cmara de retencin secundaria.

Hornos de Cmara SecaEFICIENCIA

La eficiencia en el consumo de combustible es muy bajo siendo entre el 18% al10 %

El consumo de combustible por libra es de aproximadamente 3000 a 5000 BTU/lb de aluminio fundido.

En cuanto a la merma metlica , es el ms alto, en comparacin con la de otros tipos de hornos. La Flama calienta directamente la carga oxidndola

Oscila entre 5 y 12% por cada libra de aluminio fundido. Un potencial problema es la dificultad de limpieza de este tipo de

hornos, por la acumulacin en el rea de carga y en la cmara secundaria.

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Hornos de Cmara Hmeda Los hornos de reverbero de cmara hmeda son los sistemas ms

utilizados para la fundicin de aluminio de Die Casting.

Consiste esencialmente en una poza de carga exterior, separada de la cmara principal , esta posa es conectada por medio de un arco sumergido.

Comnmente se observa en el extremo opuesta de la posa de carga, una posa donde se alojan las piqueras para vaciar el metal hacia las ollas de transferencia.

Hornos de Cmara Hmeda Este tipo de hornos han sido optimizados a fin obtener una mayor

eficiencia de fusin, tales como la distancia del techo a la lnea de metal y quemadores de gas radiantes (flama plana) instalados en la bveda.

Estas innovaciones han incrementado la eficiencia de consumo de combustible y reduccin de mermas metlicas, generacin xidos y problemas.

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Hornos de Cmara HmedaEFICIENCIA

El horno de reverbero de cmara hmeda no se utiliza normalmente para carga por lotes.

Est diseado para procesos continuos de produccin de alto volumen. Con quemadores a gas tipo radiantes, el horno utiliza aproximadamente

3.000 BTU por libra de metal.

El diseo del horno ofrece una baja prdida metlica por fusin en relacin a otros diseos de unidades de fusin. La prdida metlica de metal por fusin se estima de 3 a 5% en una prctica

normal. Estas cifras se basan en carga fra

CIRCULACION DE METAL EN HORNOSEn hornos de gran capacidad, estos dispositivos aseguran

la circulacin del metal en todo el horno. En un Horno de Reverbero de energa radiante, una

bomba de circulacin, que descarga directamente a la poza de carga, ofrece grandes ventajas:

Una homogenizacin trmica y qumica en todo el bao, por la accin de la agitacin mecnica.

Reduccin notable a la formacin de lodos, por agitacin y disminucin de temperatura de operacin.

Optimizacin de Hornos de reverbero

Optimizacin de Hornos de reverbero.

La carga es fundida ms rpido debido a las fuerzas de conveccin.

Se ahorra energa debido al intercambio energtico entre la carga fra y la carga caliente.

La eficiencia de operacin se incrementa de manera general de un 12-15%.

El equipo asegura una homogenizacin qumica por la circulacin forzada .

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Hornos reverberos de Energa Elctrica Radiante

Hornos Reverberos de Energa Elctrica Radiante

Este tipo de Hornos es relativamente un nuevo concepto en hornos. La radiacin elctrica en un horno de reverbero es similar a los hornos de

reverbero a combustleo o gas. Tiene un rea de carga remota, separados por un arco sumergido (o

una puerta), de una cmara trmica aislada donde se incorporan elementos de calefaccin de carburo de silicio que radian el calor al metal lquido.

Este horno utiliza aproximadamente 820 BTU por libra de metal fundido. Basado en una operacin de carga fra eficiencia la eficiencia de fusin es de aproximadamente 70 a 75 %.

Este horno seno inicia su operacin un arranque en fro, es necesario cargar metal lquido para iniciar su operacin .

La merma metlica es aproximadamente 1% por cada libra de aluminio fundido; porque no existe ningn proceso de combustin, observando una recuperacin trmica ms lenta, al agregar metal fro, que en un horno alimentado por combustible fsil.

La cmara del metal permanece tranquila, sin agitacin, sin generar formacin de escorias.

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Hornos Reverberos de Energa Elctrica Radiante

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Caractersticas positivas de los hornos dereverbero elctricos

No se requiere obtener permisos para gases efluentes y se requiere menos energa para la operacin.

Operacin silenciosa, Inclusive nunca se sabe si el horno est en operacin. Alta calidad de metal. Las emisiones se reducen de 148.1 lb/hr de CO2 a CERO Caractersticas en contra: Los Hornos reverbero elctricos, no tienen una buena rapidez de recuperacin

energtica. El horno siempre deber estar conectado a la lnea de energa, perder

temperatura, su recuperacin energtica es lenta. Los Hornos reverbero elctricos presentan el mismo problema que los de gas, la

generacin de xidos en sus paredes interiores. Usualmente mantienen 9 veces ms que lo que funden.

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HORNOS DE MANTENIMIENTO


Todos pensamos que los hornos de mantenimiento realizar la tarea de mantener latemperatura del metal a una temperatura predeterminada.

En teora es correcto, hasta que metal frio es adicionado al mantenedor.

Desde este momento la temperatura el bao entero deber de incrementarse variosgrados. Para realizar este incremento el sistema, deber tener suficiente energa (BTU,o KW) para superar la prdida de calor y elevar la temperatura del metal "X" nmerode grados a la brevedad posible, a fin de no afectar el proceso. (presentndosecoladas fras, rechupes, porosidad).

En la mayora de las plantas de USA, los hornos mantenedores son con sistema decalentamiento elctrico, con sistemas de calefaccin con capacidad decalentamiento mnimo, en funcin de mantenimiento requerido. Si un horno mantiene2400 lb (~ 1000 kg)el horno tiene una potencia de solo 15-18 KW, requiriendo undiagnstico de problemas potenciales. Para empeorar an ms las cosas, algunos deestos con los hornos no tienen control proporcional completo.

Usualmente estos hornos operan siempre al 100%.


Si el horno requiere de 10 KW para mantener temperatura en el mantenedor en condiciones normales, y se adiciona un ventilador que sopla en la carcasa del horno o en la poza,(para refrescar el rea), y el horno es vaciado 5 pulgadas y se adiciona 500 lb de metal 10 grados ms fro que el metal del interior, el horno requerir ms de una hora para recuperarse a su temperatura de operacin.

Obviamente esto una operacin deficiente.

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Algunos instrumentos no controlan la temperatura con la suficiente frecuencia, para saber cundo la temperatura del metal comienza a bajar, a fin de compensar la cada de la temperatura mediante el aumento de potencia energa a los elementos calefactores de manera gradual y con la rapidez suficiente para hacer un mantenimiento adecuado.

Los hornos mantenedores de Gas tienden a recuperarse ms rpido que los hornos elctricos.

Pero si los hornos son diseados o, con suficiente potencia (KW) instalada y controles totalmente proporcionales, pueden ser ms eficientes.


HORNOS DE MANTENIMIENTO(Consideraciones Generales)

La evaluacin del tamao de los hornos de mantenimiento y ollas de transferencia, la frecuencia de alimentacin a hornos de mantenimiento, el manejo de temperatura del metal lquido hacia las mquinas de inyeccin es una consideracin crtica.

Para cada aleacin y molde, la temperatura del horno de mantenimiento deber de ser mantenido dentro de un rango de 15C.

El fundidor depende de la potencia del horno de mantenimiento o los controles de suministro de combustible para mantener temperatura requerida.

Debido a que el horno, se vaca de manera continua, es necesario, el suministro de metal fundido de la central de fusin.

Al momento es vaciado el nuevo metal, la temperatura del horno mantenedor, cambia, casi instantneamente.


Este cambio de temperatura depender de la cantidad y latemperatura del material transferido horno demantenimiento, si el metal agregado a un horno es mascaliente que el metal del horno el cambio de temperatura sepuede calcular de la forma siguiente:

Si el metal est ms fro que el metal del mantenedor el cambio de la temperatura se puede determinar:

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Donde:

Cambio de la Temperatura en el horno mantenedor, F

Peso del material en horno, libra.

Peso del material lquido vaciado en el mantenedor, libras.

Temperatura de fusin horno el mantenedor, F

Temperatura del metal vaciado en el mantenedor,F


Si = F donde F es una fraccin de (0.10, 0.20, 0.30, etc.) la expresin se reduce a:

1

Los corchetes indican el valor absoluto de la diferencia de temperatura.

Esta expresin ser utilizada para estimar la desviacin mxima de temperatura admisible entre la olla y el horno mantenedor para un rango permisible determinado de temperatura en el horno para que un determinado temperatura en olla de transferencia.


Por ejemplo: si el mantenedor es de 500 libras capacidad, el factor F en la ecuacin 0.25 y la temperatura de fusin debe mantenerse dentro de un margen de 10 grados F, la diferencia de temperatura mxima permitida entre la olla de transferencia y el horno mantenedor sera:

1

F= 0.25

10

1 0.250.25 10

= 50F (10C)

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Y para F= 0.15 (85% de capacidad del horno mantenedor) 1 0.150.15 10

= 76F (25C)

Lo que significa que el material fundido en olla puede desviarse 50 F de la temperatura deseada de horno si nunca se vaca ms de un 25%

Si la temperatura de la olla esta de ms de 50 F por encima de la temperatura deseada, la temperatura del material fundido en el mantenedor se elevar por encima del mximo permitido: 10F

TIPOS DE HORNOS DE MANTENIMIENTO

Usualmente en Mxico los mantenedores son de tipo crisol.

En virtud del tamao de las operaciones establecidas en Mxico.

Pero recientemente las operaciones se han convertido en operaciones de clase mundial.

Es importante reconsiderar cual es el crecimiento esperado de nuestra planta para substituir y seleccionar el horno adecuado al crecimiento de nuestra empresa.

HORNO MANTENEDOR DE ALEACIONES DE ZINC

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Hornos reverberos de elementos calefactores radiantes

Mantenedores con elementoscalefactores inmersos Equipos de ltima tecnologa, utilizados como fusores mantenedores.

Origen: Japn desde 15 aos.

Nuevo diseo mejorado: Refractarios de alta densidad en cara de trabajo , aislantes materiales de slica micro porosa.

Excelentes resultados en ahorro de energa. La temperatura de vaciado es de 1250F siendo 105F menos que los mantenedores de gas normales, siendo posible optimizar esta hasta un 76% por la utilizacin de equipos de circulacin de metal lquido en las operaciones de fusin.

Mantenedores con elementoscalefactores inmersos

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Mantenedores con elementoscalefactores inmersos

Mantenedores con elementoscalefactores inmersos El horno utiliza elementos elctricos

cubiertos con fundas de Sialon, localizados en bao de aluminio.

Produciendo una menor estratificacin trmica.

Produce menos prdida de metal por oxidacin, acumulacin de escorias.

Temperatura de carcasa de 45 a 50C. Temperatura de operacin 675 680C .

Uso de Energa mnima: Menos de 15 BTU /lb con Tapas en

posas

Menos de 22 BTU's /lb durante Produccin.

Mantenedores con elementoscalefactores inmersos La vida en los elementos reportada es en promedio de 2 aos y ms de 5

aos la vida de las mangas protectoras

Es posible cambiar los elementos calefactores durante la operacin y puede permanecer en operacin con un solo de los elementos

Las capacidades oscilan desde 2000 lb con una unidad de potencia de 30KW y hasta 9000 lb con una unidad de potencia de 90 KW.

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Ollas de transferencia

Dependiendo del tamao de la operacin del nuestra empresa, es comn el uso de las ollas de transferencia, Como todos sabemos es el mtodo ms comn para transferir el metal a los hornos mantenedores, mismas que son transportadas por montacargas adaptados, gras viajeras.

Se observa la desventaja de generar turbulencia en el metal cuando se vaca el metal, pero ofrece la ventaja de realizar tratamientos de preparatorios del metal en la misma olla. (desgasificacin, refinacin, etc,).

Prdida de calor en ollas de transferencia

El manejo del metal comnmente genera prdidas de calor, consecuentemente de temperatura, estas prdidas de calor de la olla de transferencia puede ser estimadas.

La olla se muestra en la figura tiene una capacidad de 2,000 libras de aluminio lquido.

La mayor prdida de calor de la superficie superior al aire por conveccin y radiacin

Para aluminio la prctica normal es usar 13,000 Btu/ft por hora como la prdida de calor de la superficie del material fundido expuesto al aire.

Prdida de calor en ollas de transferencia

La prdida en la carcasa se puede estimar en funcin a la superficie expuesta de la olla al medio y su temperatura.

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Impurezas en aluminio lquido

IMPUREZAS

Impurezas metlicas Disueltas

Inclusiones No-Metlicas

Hidrgeno solubilizado

Compuestos Intermetlicos Precipitados

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Impurezas metlicas Disueltas

Elementos fuera de compsicin.

Elementos pesados Sn, Pb, Cd.

Magnesio, en las aleaciones de Diecasting.

Inclusiones No-Metlicastpicas

Tabla ll Inclusiones en aleaciones de aluminioTIPO FORMULA MORFOLOGIA DENSIDAD

g/cm3DIMENSIONES(micras)

Al2O3 Partculas 3.97 0.2-0.3Pelculas 10-5000

MgO Partculas 3.58 0.1-5Pelculas 10-10000

MgAl2O4 Partculas 3.6 0.1-5

Oxidos

Pelculas 10-5000Cloruros Partculas 2.66 0.5-5SalesFluorurosAl4C3 Partculas 2.36 0.5-0.25CarburosSiC Partculas 3.22AlN Partculas 3.26 10-50Nitruros

PelculasTiB2 Partculas 4.5 1-30

PelculasBoruros

AlB2 Partculas 3.19 0.1-3Lodos Al(FeMnCr)Si Partculas >4.0

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Hidrgeno

El Hidrgeno es el nico gas con solubilidad en aluminio liquido.

El Hidrgeno causa problemas en la pieza de aluminio, debido a la gran diferencia de solubilidad entre liquido y estado del slido.

Intermetlicos Precipitados

FACTOR DE LODOS

Fe+2Mn+3Cr====> 1,8

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Dependencia del Factor de Lodos

Limpieza y tratamiento de las aleaciones de Aluminio.

Tratamientos del Metal Lquido

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Sales de Limpieza El aluminio es qumicamente muy activo. Las superficies recin expuestos, a alta temperatura,

especialmente en estado lquido, tienden a formar rpidamente una pelcula de xido de aluminio.

La adicin de chatarra, lingotes o metal lquido, generan agitacin en el bao y acusan una pelcula de xido de aluminio que se suspende en el metal lquido.

Si estos xidos no se remueven formaran parte del producto inyectado, originando defectos, por lo que deben ser eliminados del bao antes de inyectar.

La mayora son xidos de aluminio, pero tambin los elementos de aleacin tienden a formar parte de estos xidos.

Comnmente los denominamos como escorias.

Sales de LimpiezaA fin de eliminar estos xidos se emplean las sales

de limpieza o fundentes.Siendo mezclas (Mecnicas o pre fundidas) de

compuestos qumicos que actan en el bao, realizando diferentes efectos en funcin a su tipo.

TIPOS SALESCubertura y limpiezaExotrmicasLimpieza de paredes de Horno Desgasificado Refinacin de grano

Sales de Limpieza

Cubertura y limpieza (Bajo Flor , Bajo contenido de Sodio , baja temperatura) Los Fundentes de limpieza son utilizados para eliminar los xidos de la fusin, mientras

que los Fundentes de cobertura actan como una barrera para la superficie del material lquido, evitando la formacin de xido. Generalmente, estos fundentes, pueden utilizarse para ambos fines.

La cantidad de fluoruros imparte una mayor eficacia y permite, la operacin a temperaturas ms bajas. Sin embargo, los fluoruros pueden liberar humos nocivos, al medio ambiente, recomendndose utilizar productos con bajos contenidos de fluoruros.

Los fundentes libre de Sodio son utilizados en las aleaciones hipereutcticas ( >12% contenido de silicio), ya que el sodio puede interferir con los elementos de refinacin del grano.

Los fundentes se ofrecen en el mercado; para diferentes rangos de temperatura.

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Sales de Limpieza

Exotrmicas Este tipo se aplican directamente a las escorias para la liberacin de metal

atrapado en las escorias de fusin y reducir las prdidas.

Limpieza de paredes de Horno La acumulacin de xido paredes del horno tiende a deteriorar la vida del

horno, haciendo que el trabajo de limpieza del horno sea ms difcil y disminuyendo el volumen del horno.

Si la acumulacin no se mantiene bajo control, los xidos con la accin el nitrgeno tiende a formar corindn, que es un material que es muy difcil de quitar.

Para estos casos de limpieza de paredes se recomiendan estos fundentes a fin de ablandar la acumulacin y que sea ms fcil su remocin.

Sales de Limpieza

Refinacin de grano Tamao de grano en las aleaciones de aluminio se refiere al tamao de los cristales de

aluminio en una pieza de fundicin. El tamao de los cristales est directamente relacionado con el nmero de granos o ncleos formados en las primeras etapas de la solidificacin; entre ms granos existen, ms fino es el tamao de grano.

Al aumentar el tamao de grano, a un grano grueso, se incrementa la dificultad de alimentar y reduce las propiedades mecnicas de un casting.

Refinado de grano hace que los granos ms pequeos mediante el aumento del nmero de ncleos de cristalizacin solidificacin, siendo como una siembra de lluvia en nubes apliandohielo seco.

Ventajas de la refinacin de grano incluyen: Dispersin de porosidad. Prevencin de puntos calientes. Una mejor estanqueidad de la presin a travs de la prevencin de porosidades.

El titanio, el boro y el Zirconio son populares los refinadores de grano.

Sales de Limpieza

Desgasificado El hidrgeno,, es muy soluble en las aleaciones de aluminio lquido, pero

muy bajo en la fase slida.

Al momento que el aluminio se solidifica, hidrgeno disuelto el exceso de lquido se expele de y forma burbujas, en la matriz de la pieza.

Todo metal que no ha sido desgasificado es vulnerable a presentar este tipo de defectos.

Los fundentes de desgasificado, remueven el hidrgeno y tambin xidos y otras impurezas.

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DESGASIFICACION DE ALUMINIO

Teora de Desgasificacin

Ya que la solucin Al- H + se encuentra en equilibrio la disolucin es reversible Por reduccin de la

presin parcial del gas solubilizado. Transporte del Hidrgeno

en el bao a la vecindad de burbujas de gas que solubilicen este gas por conveccin y difusin.

Posteriormente desorcin en la superficie.

Por reduccin de la temperatura del metal lquido.

Factores que afectan la desgasificacin

Factores fsico-qumicos que afectan la remocin de H 2 Constante de equilibrio. Presin parcial del Hidrgeno Difusividad en el metal Difusividad en el lmite de la burbuja Coeficiente de actividad Tensin superficial del bao

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Factores de operacin que afectan la remocin de Hidrgeno

Volumen del metal a tratar Tipo de gas de inyeccin Flujo de gas Dimetro de burbujas de gas de lavado Tiempo de tratamiento Temperatura Aleacin

Efectos de Hidrgeno

Mtodos de Desgasificacin

Desgasificacin Natural Bajas Temperaturas de proceso, atmsferas secas, Tiempo de proceso largo

Inyeccin de gases al bao Proceso muy sencillo Su efectividad depende del tamao de burbujas

Desgasificacin al vaco

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Mtodos de Inyeccin de gases al bao

Inyeccin de gases al metal

EstticasTubos :Grafito,

Cermicos, MetlicosTapones porosos

Dinmicas Unidades de Flecha rotor

Compuestos Qumicos clorados

Slidos pulvurolentos

Hexacloroetano, Cloruro de Manganeso

Comparativo de gases de Inyeccin

Tipos de Gases de Inyeccin

Gases de Inyeccin

Inertes Argn o Nitrgeno

ActivosCloro

Hexafloruro de Azufre

Compuestos clorados

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Comparativo de eficiencia de desgasificacin de diferentes gases

Comparativo de eficiencia de desgasificacin de Ar N2

Tubo de Grafito conDispersor de gases

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Tubos de Inyeccin

Unidades Flecha Rotor

El gas de lavado es inyectado a travs de la flecha, en su extremo inferior se localiza un rotor , el ensamble se encuentra acoplado a un sistema motriz que imparte giro

Al momento que el gas emerge de la lanza, las burbujas generadas son dispersadas por el rotor, impartiendo direccin generando burbujas muy pequeas (1/8) incrementando el rea de contacto hasta 64 veces.

Unidades Flecha Rotor

En el mercado se encuentran disponibles varios sistemas: RFP Reading Foundry SINF Pirotek RDU, MDU Foseco STAR Ladle Degasser Metaullics

Operan bajo el mismo principio, su diferencia radica en el tipo de rotor usado

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Documents

Presentación Magg