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FUNDICIÓN, PROCESOS DE CONFORMADO ING. JOSÉ E. ÁVILA B. ASIGNATURA: PROCESOS TÉRMICOS. 2021-2022
TIPOS DE PROCESOS DE FUNDICIÓN POR TIPO DE ACCIONAMIENTO
EXISTEN DOS PROCESOS IMPORTANTES EN CUANTO AL TIPO DE FUNDICIÓN MEDIANTE EL PROCESO QUE SE REALIZA, Y ESTOS SON:
1.
FUNDICIÓN CON COLADA POR GRAVEDAD.
2.
FUNDICIÓN CON COLADA POR PRESIÓN.
FUNDICIÓN POR GRAVEDAD: ES EL PROPIO PESO DEL METAL FUNDIDO QUE SE VIERTE SOBRE EL MOLDE QUE ESTÁ DEBAJO, EL QUE HACE LLENAR EL MOLDE.
FUNDICIÓN POR PRESIÓN: GENERALMENTE ES UN PISTÓN EL QUE EMPUJA EL METAL DENTRO DEL MOLDE, EJERCIENDO UNA GRAN PRESIÓN SOBRE ESE METAL.
TIPOS DE FUNDICIÓN DE ACUERDO AL MATERIAL UTILIZADO.
FRECUENTEMENTE, LOS PROCESOS DE FUNDICIÓN SE CLASIFICAN DE ACUERDO AL MATERIAL EN EL QUE SE FABRICAN LOS MOLDES, COMO SON:
1.
FUNDICIÓN EN ARENA. (PROCESO MÁS UTILIZADO).
2.
FUNDICIÓN EN CÁSCARA.
3.
FUNDICIÓN AL C02.
4.
MOLDEO CON TERRAJA.
5.
CON MATERIALES CERÁMICOS (CERA PERDIDA-PIEZAS MUY EXACTAS).
6.
MOLDEO MERKAST (CON MERCURIO-PIEZAS MUY EXACTAS).
7.
FUNDICIÓN EN COQUILLA (POR GRAVEDAD)
CAJA DE MOLDEO, PARTES Y ELEMENTOS
FUNDICIÓN EN ARENA
ES EL MÉTODO TRADICIONAL DE VACIADO DE METALES, USADO DURANTE MUCHOS AÑOS.
LA FUNDICIÓN EN ARENA CONSISTE:
a)
COLOCAR UN MODELO CON LA FORMA DE LA PIEZA DESEADA EN ARENA PARA CREAR UNA IMPRESIÓN.
b)
INCORPORAR ALIMENTACIÓN.
c)
LLENAR LA CAVIDAD METAL FUNDIDO.
d)
DEJAR QUE EL METAL SE ENFRÍE HASTA QUE SE SOLIDIFIQUE.
e)
ROMPER EL MOLDE DE ARENA.
f)
RETIRAR LA FUNDICIÓN.
UN
SISTEMA RESULTANTE
DE DE
ARENAS
LA GRAN MAYORÍA DE FUNDICIONES SE UTILIZA SÍLICE (PRODUCTO DE LA DESINTEGRACIÓN DE LAS ROCAS EN LARGOS PERÍODOS DE TIEMPO).
ES ECONÓMICA Y ADECUADA COMO MATERIAL DE MOLDE.
RESISTENTE A ALTAS TEMPERATURAS.
EXISTEN DOS TIPOS GENERALES DE ARENAS; NATURALMENTE UNIDA (ARENA DE BANCO) Y SINTÉTICA (ARENA DE LAGO).
ARENA CON GRANOS FINOS Y REDONDOS SE PUEDEN PRENSAR MÁS Y FORMAN UNA SUPERFICIE LISA EN EL MOLDE., PERO AUMENTAN LA RESISTENCIA DEL MOLDE Y LO HACEN MENOS PERMEABLE.
MOLDES CON BUENA PERMEABILIDAD PERMITEN EL ESCAPE DE GASES Y VAPORES DURANTE EL PROCESO.
ESTÁN CONSTITUIDAS POR GRANOS DE CUARZO (BIÓXIDO DE SILICIO) 𝑆𝑖𝑂2 , MUY REFRACTARIO, Y POR ARCILLA (SILICATO-HIDRATADO DE ALUMINIO 2𝑆𝑖𝑂2 𝐴𝑙2 𝑂3 2𝐻2 𝑂), QUE ES UN ELEMENTO DE UNIÓN Y BRINDA PLASTICIDAD Y DISGREGABILIDAD AL MOLDE.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ARENAS
FÍSICO-QUÍMICAS:
1.
ANÁLISIS QUÍMICO. (PREVEE REFRACTARIEDAD Y COHESIÓN DE ARENAS)
2.
CONTENIDO ARCILLOSO (SE PORCENTAJE ARCILLOSO).
3.
4.
DEDUCE
LA LAS
TÉCNICAS:
1.
REFRACTARIEDAD: DETERMINADA POR LA TEMPERATURA QUE PUEDE SOMETERSE SIN PRESENTAR SIGNOS DE FUSIÓN (PARA ACERO 1350-1400°C) Y MATERIALES NO FERROSOS (850-1400°C)
2.
COHESIÓN O RESISTENCIA: DETERMINADA POR ENSAYOS MECÁNICOS, COMPRESIÓN, TRACCIÓN, FLEXIÓN Y CORTADURA).
3.
PERMEABILIDAD: PERMITE A LA ARENA SER ATRAVESADA POR GASES Y EVACUARLOS EN EL PROCESO.
4.
DESLIZAMIENTO: QUE PERMITE LLENAR TODOS LOS HUECOS DEL MODELO Y DESLIZA HACIA LA SUPERFICIE Y NO EN DIRECCIÓN DE LA CAVIDAD DE ATAQUE.
EL
DIMENSIÓN DE LOS GRANOS Y SU DISTRIBUCIÓN (MEDIANTE ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO, MEDIANTE LA FILTRACIÓN CON CEDAZOS (ONCE DE ACUERDO A NORMA DIN).
FORMA DE LOS GRANOS. (A TRAVÉS DE UN MICROSCOPIO, VERIFICANDO GRANOS REDONDOS, GRANULOSOS Y COMPUESTOS).
HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA EL MOLDEO
HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA EL MOLDEO (CONT)
FUNDICIÓN EN MODELO CONSUMIBLE
PROCESO DE FUNDICIÓN QUE UTILIZA UN MODELO DE POLIETILENO, QUE SE EVAPORA EN CONTACTO CON EL METAL FUNDIDO, FORMANDO UNA CAVIDAD PARA LA FUNDICIÓN.
TAMBIÉN SE CONOCE COMO FUNDICIÓN DE MODELO EVAPORADO O PERDIDO.
MUY UTILIZADO EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ.
LA FLUIDEZ ES INFERIOR A LA FUNDICIÓN EN ARENA.
PROCESO: 1.
CONSISTE COLOCAR POLIETILENO CRUDO EN UN DADO PRECALENTADO DE ALUMINIO GENERALMENTE., EL POLIETILENO SE EXPANDE Y GENERA LA FORMA DE LA CAVIDAD DEL DADO, SE APLICA MÁS CALOR PARA QUE SE FUNDAN Y UNAN LAS PERLAS ENTRE SÍ, SE DEJA ENFRIAR EL DADO Y SE ABRE, RETIRÁNDOSE EL MODELO DE PET.
2.
MODELO SE RECUBRE CON BARRO REFRACTARIO BASE AGUA, SE SECA Y COLOCA EN UNA CAJA DE MOLDEO, LA CAJA SE LLENA DE ARENA FINA, QUE RODEA Y SOPORTA EL MODELO, DONDE PUEDE SECARSE O MEZCLARSE CON AGLUTINANTES POR MEJORAR LA RESISTENCIA.
FUNDICIÓN EN MODELO CONSUMIBLE (CONT) Y VENTAJAS 3.
LA ARENA ES COMPACTADA DE MANERA PERIÓDICA, SIN RETIRAR EL PATRÓN DE POLIETILENO SE VACÍA EL METAL FUNDIDO EN EL MOLDE.
VENTAJAS:
ES RELATIVAMENTE SIMPLE, NO EXISTEN LÍNEAS DE PARTICIÓN, CORAZONES O SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN.
EL PRECIO DEL PET ES ECONÓMICO, Y PUEDE SER PROCESADO CON FACILIDAD PARA FORMAS COMPLEJAS, VARIOS TAMAÑOS Y BUEN ACABADO SUPERFICIAL.
REQUIERE UN MÍNIMO DE ACABADO Y LIMPIEZA.
BASTA CAJAS DE MOLDEO SENCILLAS Y BAJO COSTE.
PUEDE SER UN PROCESO AUTOMÁTICO Y ECONÓMIMCO PARA GRANDES LOTES DE PRODUCCIÓN.
FUNDICIÓN EN MOLDE DE YESO
EL MOLDE SE HACE EN YESO (SILICATO DE CALCIO), CON LA ADICIÓN DE TALCO Y HARINA DE SÍLICE, RESULTANDO EN UNA MEJORA DE LA RESISTENCIA Y CONTROLAR EL TIEMPO REQUERIDO PARA EL CURADO, PARA TERMINAR CON MEZCLA DE AGUA.
SE RETIRA EL PATRÓN Y SE DEJA SECAR EL MOLDE DE 120-260°C PARA ELIMINAR LA HUMEDAD.
EL EXCESO DE AGUA AYUDA PUESTO QUE SE EXPULSA CUANDO SE HORNEA PARA SECARLO Y DEJA POROS.
MODELOS SE FABRICAN EN ALEACIONES DE ALUMINIO, PLÁSTICOS TERMOESTABLES, LATÓN O ALEACIONES DE CINC, SE EVITA EL PLOMO PORQUE REACCIONA CON EL YESO.
SE FABRICA PARTES DE AVIACIÓN, CONEXIONES Y ACCESORIOS DE PLOMERÍA, PISTONES DE ALUMINIO, CERRADURAS, HÉLICES DE PROPULSIÓN, ETC.
MUY BUEN ACABADO SUPERFICIAL, MENOR CONDUCTIVIDAD TÉRMICA POR ENFRIAMIENTO LENTO Y ESTRUCTURA DE GRANO UNIFORME.
MENOR RESISTENCIA COMPARADO CON EL MOLDEO CON ARENA, HASTA UN 25% MENOS.
ESPESOR PAREDES DE LAS PIEZAS DE 1-2,5 mm.
PRECISIÓN DIMENSIONAL.
PROCESO COSTOSO, HASTA 3 VECES AL COLADO EN ARENA.
FUNDICIÓN EN MOLDE CERÁMICO
SIMILAR AL PROCESO DE YESO, PERO UTILIZA MATERIALES REFRACTARIOS PARA EL MOLDE.
EL BARRO ES UNA MEZCLA DE ZIRCONIO DE GRANO FINO, ÓXIDO DE ALUMINIO SÍLICE FUNDIDO.
MODELO PUEDE ESTAR HECHO DE MADERA O METAL.
DESPUÉS DEL ENDURECIMIENTO, LOS MOLDES (CARAS DE CERÁMICA) SE RETIRAN, SE SECAN, Y SE QUEMAN PARA ELIMINAR TODA MATERIA VOLÁTIL Y SE HORNEAN.
LA RESISTENCIA A ALTAS TEMPERATURAS DE MATERIALES REFRACTARIOS LO HACE UN PROCESO IDÓNEO PARA FUNDIR ALEACIONES NO FERROSAS, ACEROS INOXIDABLES Y DE HERRAMIENTAS.
PRECISIÓN DIMENSIONAL.
BUEN ACABADO SUPERFICIAL.
PROCESO COSTOSO.
SE FABRICAN IMPULSORES, CORTADORES PARA OPERACIONES DE MAQUINADO, DADOS PARA TRABAJO EN METAL Y MOLDES.
SE HAN FUNDIDO PIEZAS HASTA 700 KG.
FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE
SE PRESENTA CUANDO SE VIERTE METAL FLUIDO EN MOLDES DE METAL Y SE SUJETA SOLO A LA PRESIÓN HIDROSTÁTICA, TAMBIÉN CONOCIDO COMO FUNDICIÓN EN MOLDE DURO.
SE FABRICAN DOS MITADES DE UN MOLDE DE MATERIALES COMO HIERRO COLADO, ACERO, BRONCE, GRAFITO O ALEACIONES DE METAL REFRACTARIO.
CAVIDADES Y SISTEMAS DE CANALES DE ALIMENTACIÓN SE MAQUINAN, POR LO TANTO FORMAN PARTE INTEGRAL DEL MISMO.
SE COLOCAN CORAZONES, HECHOS DE METAL O AGREDADOS DE ARENA EN EL MOLDE ANTES DE FUNDIR.
LA SUPERFICIE DE LA CAVIDAD DEL MOLDE ESTÁ RECUBIERTA DE BARRO REFRACTARIO POR PRESERVAR LAS MISMA.
SE JUNTAN AMBAS MITADES Y SE CALIENTAN DE 150-200°C PARA MAYOR FLUIDEZ DEL METAL, REDUCIR EL DAÑO TÉRMICO.
PUEDE SER UN PROCESO AUTOMATIZADO PARA GRANDES LOTES DE PRODUCCIÓN.
PARA ALEACIONES DE ALUMINIO, MAGNESIO, COBRE, POR PUNTOS DE FUSIÓN INFERIORES, PERO SE PUEDE FUNDIR ACEROS CON MOLDES DE GRAFITO O METALES RESISTENTES AL CALOR.
FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE (CONT)
PRODUCE TASAS ELEVADAS DE PRODUCCIÓN, CON BUEN ACABADO SUPERFICIAL.
BUENAS TOLERANCIAS DIMENSIONALES.
PROPIEDADES MECÁNICAS UNIFORMES Y BUENAS.
GENERALMENTE SE FABRICAN PIEZAS CON PESOS MENORES A 25 KG.
COSTOS DE EQUIPAMIENTO SON ALTOS.
COSTOS DE MANO DE OBRA SIGNIFICATIVAMENTE REDUCIDOS.
NO ES POSIBLE FUNDIR FORMAS COMPLEJAS. PERO PUEDE USARSE CORAZONES DE ARENA PARA MOSTRAR CAVIDADES COMPLEJAS.
FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE (CONT)
FUNDICIÓN EN CÁSCARA O HUECO
SE DESARROLLÓ DESDE Y DURANTE LA SEGUNDA GUERRA MUNDIAL.
PRODUCCIÓN A BAJO COSTO MUCHOS TIPOS DE FUNDICIÓN.
ESTRECHA TOLERANCIA DIMENSIONAL.
BUEN ACABADO SUPERFICIAL.
PROCEDIMIENTO DE FUNDICIÓN: 1.
UN MODELO MONTADO HECHO DE METAL FERROSO O ALUMINIO ES CALENTADO A 175°C HASTA 370°C, SE RECUBRE DE UN AGENTE SEPARADOR COMO SILICÓN Y SE SUJETA A UNA CAJA O CÁMARA, QUE CONTIENE ARENA FINA CON EL 2.5-4% DE AGLUTINANTE DE RESINA TERMOESTABLE. ÉSTA CAJA SE VOLTEA ALREDEDOR DEL MODELO Y SE FORMA UNA CAPA, DESPUÉS DE UNA FRACCIÓN DE MINUTO, SE VUELVA EL MODELO PARA QUITAR EL EXCESO.
2.
ESPESOR DE LA CAPA DEPENDE DEL TIEMPO QUE PERMANEZCA EN EL MODELO LA MASA DE MATERIAL Y ES COMÚN YA SEA DE 5-10 mm SEGÚN SE REQUIERA.
3.
LA CÁSCARA SE LEVANTA DEL MOLDE EL CUAL SE LIMPIA Y SE ROCÍA CON UN COMPUESTO DE SILICÓN DE PARTICIÓN CON EL FIN DE PREPARARLO PARA LA SIGUIENTE CÁSCARA.
FUNDICIÓN EN CÁSCARA O HUECO VENTAJAS 4.
UN MÉTODO DE MOLDEO EN CÁSCARA ES SOPLAR EL MATERIAL DE MOLDEO EN EL MODELO, EL MATERIAL PUEDE DEPOSITARSE UNIFORMEMENTE A LO LARGO DEL MOLDE Y CONTROLARSE LA CANTIDAD.
5.
UN MÉTODO MÁS SIMPLE CONSISTE EN COLOCAR LA CARA CALIENTE DEL MODELO HUNDIÉNDOLA EN EL MATERIAL DE MOLDEO ENRASADO EN UNA CAJA PARCIALMENTE LLENA.
6.
SE VIERTE LA CAJA DESPUÉS DEL TIEMPO REQUERIDO Y ENTONCES SE REVIERTE.
DESVENTAJA:
ES EL MÁS CARO EN LA MAYORÍA DE CASOS, POR EL COSTO DEL MATERIAL DE MOLDEO QUE CUESTA DE 4 A 5 VECES LO QUE VALE LA ARENA.
VENTAJAS:
LOS MOLDES SON LIGEROS, FÁCILES DE MANEJAR, LOS GASES ESCAPAN CON FACILIDAD A TRAVÉS DE LAS CÁSCARAS DELGADAS Y SE DESPERDICIAN MENOS COLADOS CON RECHUPES O BOLSAS.
EL PROCESO SE ADAPTA FÁCILMENTE A LA MECANIZACIÓN.
MOLDEO EN CÁSCARA
FUNDICIÓN POR GRAVEDAD, TIPOS DE ALEACIONES Y CARACTERÍSTICAS DESEABLES EN FUNDICIÓN.
MATERIALES UTILIZADOS EN FUNDICIÓN PUEDEN CLASIFICARSE EN DOS GRANDES GRUPOS:
1.
ALEACIONES FÉRREAS: CUYO PRINCIPAL COMPONENTE ES EL HIERRO. A SU VEZ SE PUEDEN CLASIFICAR EN ACEROS (%C2%).
2.
ALEACIONES NO FÉRREAS: SON ALEACIONES CUYO PRINCIPAL COMPONENTE NO ES EL HIERRO, PUEDE SER EL ALUMINIO, COBRE, MAGNESIO, ETC.
LAS CARACTERÍSTICAS DESEABLES EN LOS METALES Y ALEACIONES PARA FUNDICIÓN SON:
1.
BAJA TEMPERATURA DE FUSIÓN (ECONOMIZAR ENERGÍA).
2.
BAJO CALOR LATENTE (ECONOMIZAR ENERGÍA).
3.
BAJO COEFICIENTE DE DILATACIÓN EN ESTADO LÍQUIDO E INTERVALO DE TEMPERATURAS DE SOLIDIFICACIÓN PEQUEÑO (POR REDUCIR CONTRACCIONES).
4.
BAJO COEFICIENTE DE DILATACIÓN EN ESTADO SÓLIDO (MINIMIZAR EL PELIGRO DE DEFORMACIONES Y GRIETAS).
5.
ALTA COLABILIDAD.
6.
ALTA DENSIDAD (ADAPTIVIDAD AL MOLDE).
DE
FUSIÓN
DISEÑO Y MOLDEO DE CAJAS DE FUNDICIÓN MANUAL POR GRAVEDAD
CARACTERÍSTICAS DE LOS MOLDES
TIENE QUE SER LO SUFICIENTEMENTE FUERTE PARA SOSTENER EL PESO DEL METAL, SOBRE TODO PARA ALEACIONES CON PESO ESPECÍFICO ALTO.
TIENE QUE AGUANTAR EL LLENADO DEL METAL SIN DESMORONARSE NI EROSIONARSE.
DEBE GENERAR LA MENOR CANTIDAD POSIBLE DE GAS DURANTE EL LLENADO, Y PERMITIR LA SALIDA DEL MISMO.
TIENE QUE SOPORTAR LA ALTA TEMPERATURA DEL METAL A FUNDIR.
TIENE QUE PERMITIR QUE LA PIEZA SE DESPRENDA CON FACILIDAD Y LIMPIEZA DESPUÉS DEL ENFRIAMIENTO.
LOS MACHOS TIENEN QUE CEDER LO SUFICIENTE PARA PERMITIR LA CONTRACCIÓN DEL MATERIAL AL SOLIDIFICAR Y ENFRIAR SIN QUE SE PRODUZCAN ROTURAS EN LA PIEZA.
PARTES DEL MOLDE O CAJA DE MOLDEO
BEBEDEROS: CONDUCTOS GENERALMENTE VERTICALES, POR LOS CUALES INGRESA LA COLADA AL MOLDE, EN LA PARTE SUPERIOR SE SUELE DISPONER DE UNA COPA DE VACIADO PARA MINIMIZAR LAS SALPICADURAS Y TURBULENCIAS DEL METAL AL FLUIR.
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN: CONDUCTOS POR LOS QUE CIRCULA LA COLADA ENTRE EL BEBEDERO Y LA PIEZA.
MAZAROTAS: SON DEPÓSITOS DE METAL LÍQUIDO QUE SOLIDIFICAN EN ÚLTIMO LUGAR PARA ALIMENTAR EL MOLDE, COMPENSANDO LOS EFECTOS DE CONTRACCIÓN EVITANDO DE ESTA FORMA QUE SE FORMEN FALTAS DE MATERIAL Y RECHUPES EN LA PIEZA. SE COLOCAN NORMALMENTE SOBRE AQUELLAS ZONAS DE MAYOR CONCENTRACIÓN DE MASA DE LA PIEZA.
RESPIRADEROS: CONDUCTOS POR LO QUE SALE AL EXTERIOR TANTO EL AIRE QUE OCUPABA LA CAVIDAD, COMO LOS GASES CALIENTES QUE PRODUCE EL METAL CALIENTE A MEDIDA QUE FLUYE, HACIA EL INTERIOR DEL MOLDE. EN MOLDES DE ARENA PUEDE SER SUFICIENTE LA POROSIDAD Y PERMEABILIDAD QUE BRINDA LOS GRANOS QUE LA FORMAN.
ENFRIADORES O TEMPLADERAS: CON EL FIN DE QUE LAS DISTINTAS PARTES DE LA PIEZA ENFRIEN A LA VEZ, SON ELEMENTOS QUE SE COLOCAN EN LOS PUNTOS, QUE POR SU FORMA Y CONCENTRACIÓN DE MASA, SON PROPENSOS A ENFRIAR EN ÚLTIMO LUGAR.
CÁLCULO DIMENSIONADO DE MAZAROTAS (CONTRACCIONES) 1.
CONTRACCIÓN LÍQUIDA: SE CONTRAE EN VOLUMEN DESDE LA TEMPERATURA A LA QUE SE HA LLEVADO PARA LA FUSIÓN, HASTA LA TEMPERATURA QUE COMIENZA LA SOLIDIFICACIÓN. ESTA COTRACCIÓN NO AFECTA EN EL DISEÑO DEL MOLDE, YA QUE SOLO OCURRE UNA CONTRACCIÓN VOLUMÉTRICA. SU VALOR DEPENDE DE LA ALEACIÓN Y DEL VALOR DE SOBRECALENTAMIENTO, SIENDO DEL ORDEN DEL 0,68% AL 1,8% POR CADA 100°C DE SOBRECALENTAMIENTO PARA LAS FUNCICIONES GRAFÍTICAS.
2.
CONTRACCIÓN DE SOLIDIFICACIÓN: ES LA MÁS IMPORTANTE A LA HORA DE CONSEGUIR UNA PIEZA FUNDIDA DE CALIDAD. ES LA CONTRACCIÓN QUE SUFRE EL METAL EN LA SOLIDIFICACIÓN. SI SU VALOR ES GRANDE SERÁ DIFÍCIL CONSEGUIR QUE LA PIEZA NO TENGA POROSIDADES NI CAVIDADES.
CÁLCULO DIMENSIONADO DE MAZAROTAS (CONTRACCIONES) 3.
CONTRACCIÓN SÓLIDA: TRAS HABER SOLIDIFICADO, LA PIEZA SIGUE CONTRAYÉNDOSE YA QUE PASA DE UNA TEMPERATURA ELEVADA A LA TEMPERATURA AMBIENTE. ESTE ENFRIAMIENTO NO GENERA YA RECHUPES O POROSIDADES, PERO LA CONTRACCIÓN QUE SE DÁ, SE DEBE TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR EL MODELO, YA QUE LA PIEZA SERÁ DE MENOR TAMAÑO
MAZAROTAS
SON ALIMENTADORES QUE SE AÑADEN A LAS PIEZAS Y CUYO OBJETIVO ES CONTINUAR ALIMENTANDO A LAS ZONAS MÁS SUSCEPTIBLES DE PRESENTAR RECHUPES O POROSIDADES, Y COMPENSAN LA CONTRACCIÓN DE SOLIDIFICACIÓN.
EL PRIMER PASO A LA HORA DE DISEÑAR EL MAZAROTAJE, ES LOCALIZAR ELEMENTOS DE MAYOR VOLUMEN QUE LOS DE ALREDEDOR, QUE SERÁN LOS QUE QUEDEN AISLADOS DEL RESTO HACIA EL FINAL DE LA SOLIDIFICACIÓN.
DEBEN CUMPLIR DOS REGLAS; LA DE LOS MÓDULOS Y DE LAS CONTRACCIONES.
REGLA DE LOS MÓDULOS
UNA DE LAS CONDICIONES PARA QUE UNA MAZAROTA ALIMENTE A UNA ZONA DE LA PIEZA ES QUE LA MAZAROTA SOLIDIFIQUÉ MÁS TARDE QUE DICHA ZONA. DE ACUERDO A LA FÓRMULA DE CHVORINOV: LA RELACIÓN ENTRE EL VOLÚMEN DE LA PIEZA Y EL
ÁREA SUPERFICIAL SE CONOCE COMO MÓDULO, ÉSTE ES EL PARÁMETRO QUE SE UTILIZA PRINCIPALMENTE A LA HORA DE REALIZAR EL CÁLCULO DE MAZAROTAS:
𝑴𝒎 = 𝟏. 𝟐𝑴𝒑.
EJERCICIO DE APLICACIÓN
SE QUIERE OBTENER MEDIANTE FUNDICIÓN EN ARENA EL DISCO DE DIÁMETRO 500 Y ALTURA 100 (mm) QUE SE REPRESENTA EN LA IMAGEN. CALCULA LAS DIMENSIONES DE LA MAZAROTA NECESARIA (DE DIÁMETRO D Y ALTURA H = 1,5D) PARA ESE DISCO.
CÁLCULO SIMPLIFICADO DEL MÓDULO
EN EL CASO DE PIEZAS PRISMÁTICAS LO SUFICIENTEMENTE LARGAS COMO PARA QUE EL EFECTO DE LOS BORDES SE PUEDA DESPRECIAR (SE CONSIDERAN ASÍ SI LA RELACIÓN ENTRE LA LONGITUD DE LA PIEZA Y SU ESPESOR ES MAYOR QUE 5) O TAMBIÉN PARA PIEZAS DE REVOLUCIÓN, SE PUEDE SIMPLIFICAR EL CÁLCULO DEL MÓDULO:
𝑽 𝑨∗𝑳 𝑨 𝑴= = = 𝑺 𝒑∗𝑳 𝒑 SIENDO: M: módulo de la pieza. V: volumen de la pieza. S: superficie de la pieza (sin tomar en consideración los bordes laterales). A: área de la sección transversal de la pieza. p: perímetro de la pieza.
CÁLCULO SIMPLIFICADO DEL MÓDULO (CONT)
ASÍ PARA PIEZAS PRISMÁTICAS O DE REVOLUCIÓN (ESTAS ÚLTIMAS SIEMPRE QUE EL PERFIL ESTÉ RELATIVAMENTE ALEJADO DEL EJE DE GIRO), EL MÓDULO SERÁ LA RELACIÓN ENTRE EL ÁREA TRANSVERSAL Y SU PERÍMETRO, TOMANDO SOLAMENTE PARA EL CÁLCULO DE ESTE ÚLTIMO LAS CARAS EN CONTACTO CON EL MOLDE, PARA LA SIGUIENTE PIEZA EL MÓDULO SERÁ:
MÓDULO DE PIEZAS MÁS CONOCIDAS EN FUNDICIÓN.
REGLA DE LAS CONTRACCIONES.
LA PRIMERA CONDICIÓN EN EL CÁLCULO DE MAZAROTA ES QUE SU TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN SEA SUPERIOR A LA DE LA PIEZA. LA SEGUNDA CONDICIÓN ES QUE EL VOLUMEN DE METAL QUE PUEDE CEDER LA MAZAROTA SEA SUPERIOR AL VOLUMEN CONTRAÍDO DE LA PIEZA.
HAY QUE TENER EN CUENTA QUE SOLAMENTE PARTE DEL METAL ALMACENADO EN LA MAZAROTA EN ESTADO LÍQUIDO PODRÁ LLEGAR A LA PIEZA, YA QUE EL RESTO SOLIDIFICARÁ EN LAS PAREDES DE LA MAZAROTA.
COMO REGLA PRÁCTICA, SE DICE QUE LA MAZAROTA POSEE UN BUEN RENDIMIENTO, CUANDO LA ALTURA DE EL RECHUPE ALCANZA UN 80% DE LA ALTURA DE LA MAZAROTA (h = 0,8H).
EL PORCENTAJE DE VOLUMEN DE LA MAZAROTA DISPONIBLE PARA LA PIEZA DEPENDE PRINCIPALMENTE DEL TIPO DE MAZAROTA, ES ASÍ QUE PARA UNA NATURAL (10%), NATURAL DE PASO (14%), Y PARA MAZAROTAS COMERCIALES (33-50%).
REGLA DE LAS CONTRACCIONES
REGLA DE LAS CONTRACCIONES (CONT)
DEBE CUMPLIRSE QUE EL VOLUMEN QUE LA MAZAROTA ES CAPAZ DE APORTAR DEBE SER MAYOR QUE EL VOLUMEN EN QUE LA PIEZA SE CONTRAE, ENTONCES MATEMÁTICAMENTE:
𝑽𝒎 ∗ µ𝒎 > 𝑽𝒑 ∗ 𝒄𝒑
DONDE: Vm: volumen de mazarota.
µ𝑚: rendimiento de la mazarota (10% naturales, 14% naturales de pasos, 30% para manguitos aislantes y un 60% para manguitos exotérmicos en mazarotas comerciales). Vp: volumen de la pieza. Cp: contracción en solidificación de la pieza en %
REGLA DE LAS CONTRACCIONES Y EJERCICIO DE APLICACIÓN.
ÉSTE CÁLCULO SE HACE DESPUÉS DE CALCULAR EL MÓDULO NECESARIO DE MAZAROTA, SI SE COMPRUEBA POR REGLA DEL MÓDULO NO ES SUFICIENTE PARA SATISFACER LA REGLA DE CONTRACCIONES GENERALMENTE SE INCREMENTA LA ALTURA DE MAZAROTA (VARÍAN ENTRE H = D Y H = 2.5D) TAMBIÉN SE PUEDE INCREMENTAR EL DIÁMETRO DE LA MAZAROTA.
EJERCICIO DE APLICACIÓN: CONTINUANDO CON EL EJERCICIO RESUELTO EN EL ANTERIOR APARTADO, COMPRUEBE AHORA SI LA MAZAROTA CALCULADA CUMPLE AHORA LA REGLA DE CONTRACCIONES, LA PIEZA ES DE ACERO AL CARBONO Y LA MAZAROTA ES TIPO NATURAL.
PUNTOS DE ALIMENTACIÓN DE MAZAROTAS.
CUANDO UNA PIEZA QUE SE QUIERE FUNDIR SE PUEDEN DISTINGUIR CLARAMENTE VOLÚMENES DE SECCIONES DISTINTAS, LO MÁS ADECUADO ES CALCULAR EL MÓDULO DE CADA UNO DE ESOS VOLÚMENES POR SEPARADO (TOMANDO EN LA FÓRMULA SOLAMENTE LAS SUPERFICIES EN CONTACTO CON EL MOLDE, NO LAS QUE ESTÁN EN CONTACTO CON OTROS VOLÚMENES.
PARA LA PIEZA DE LA IMAGEN DE LA DERECHA SE CALCULA POR SEPARADO M1, M2, M3, M4 Y M5, DONDE EL VOLUMEN DE MAYOR MÓDULO SERÁ EL ÚLTIMO EN SOLIDIFICAR.
SEGÚN LA IMAGEN LA PIEZA O VOLUMEN DE MAYOR TAMAÑO ES LA 3 POR LO QUE EL DISEÑO DE MAZAROTA VIENE DADO: Mm = 1,2M3, YA QUE ÉSTE ALIMENTA A 4 Y 5 POR UN LADO Y POR EL OTRO A 2 Y 1.
PUNTOS DE ALIMENTACIÓN DE MAZAROTAS.
SI LA CONFIGURACIÓN DE LA PIEZA ES TAL QUE, PUDIENDO DIVIDIR LA PIEZA EN 3 O MÁS VOLÚMENES, DOS VOLÚMENES DE UN MÓDULO DETERMINADO (1 Y 3 EN LA SIGUIENTE PIEZA) ESTÁN UNIDOS POR OTRO VOLÚMEN DE MÓDULO INFERIOR A AMBOS VOLÚMENES, EN ESTE CASO EL INTERMEDIO (2) SERÁ EL PRIMERO SOLIDIFICAR, DONDE 1 Y 3 SOLIDIFICARÁN CADA UNO AISLADO DEL OTRO (NO SE PUEDEN ALIMENTAR ENTRE SÍ).
EN ESTE CASO ES NECESARIO PROVEER UNA MAZAROTA A CADA UNO Y ESTAS DOS MAZAROTAS ALIMENTARÁN LOS 3 VOLÚMENES.
Mm1= 1,2M1 Y Mm3 = 1,2M3
CUELLOS DE MAZAROTAS
LAS MAZAROTAS PODRÍAN IR DIRECTAMENTE UNIDAS A LA PIEZA, SIN NINGUNA VARIACIÓN EN LA SECCIÓN.
PARA FACILITAR EL MAQUINADO POSTERIOR DE ELIMINAR LA MAZAROTA SE REALIZA UNA ZONA ESTRECHA DE UNIÓN ENTRE MAZAROTA Y PIEZA.
PARA EL CÁLCULO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA MAZAROTA SE DEBE CUMPLIR LA SIGUIENTE RELACIÓN Mp : Mc : Mm = 1 : 1,1 : 1,2, ES DECIR, QUE EL MÓDULO DEL CUELLO (Mc) SEA 1,1 VECES EL MÓDULO DE LA PIEZA (Mp), SIENDO EL MÓDULO DE LA MAZAROTA (Mm) 1,2 VECES EL MÓDULO DE LA PIEZA, DE ESTA MANERA ASEGURAMOS QUE SOLIDIFICARÁ PRIMERO LA PIEZA.
APLICACIÓN EN FUNDICIÓN GRIS Y NODULAR
EN EL CÁLCULO DE MAZAROTAS PARA FUNDICIÓN DE ACEROS, FUNDICIONES MALEABLES, BLANCAS, METALES LIGEROS Y ALEACIONES CON BASE COBRE LOS CONOCIMIENTOS TÉCNICOS APRENDIDOS ANTERIORMENTE SON VÁLIDOS, PERO PARA FUNDICIONES GRISES Y NODULARES SE DEBE TENER ENCUENTA QUE LA CONTRACCIÓN DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN ES MUY VARIABLE, Y PUEDE PRODUCIRSE EXPANSIÓN.
LA VARIACIÓN EN LA CONTRACCIÓN SE DEBE AL GRAFITO, YA QUE AL DESPRENDERSE DE LOS ÁTOMOS DE CARBONO, DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA Y AGRUPARSE EN FORMA DE GRANITO, SE PRODUCE EXPANSIÓN. REGLA DE LOS MÓDULOS: PERMITE OBTENER EL MÓDULO DE LA MAZAROTA
Mm: MÓDULO DE LA MAZAROTA. Mp: MÓDULO DE LA PIEZA. ST: TIEMPO DE CONTRACCIÓN (EN % RESPECTO AL TIEMPO DE SOLIDIFICACIÓN, SE OBTIENE DEL SIGUIENTE DIAGRAMA CON 50°C POR DEBAJO DE LA TEMPERATURA DE VERTIDO).
APLICACIÓN EN FUNDICIÓN GRIS Y NODULAR REGLA DE LAS CONTRACCIONES: LA FÓRMULA PARA LA REGLA DE LAS CONTRACCIONES SIGUE SIENDO LA MISMA, PERO EN EL CASO DE LA FUNDICIÓN GRIS Y NODULAR EL FACTOR DE CONTRACCIÓN DEPENDE DE VARIOS Y SE OBTIENE TAMBIÉN MEDIANTE EL DIAGRAMA DE LA DERECHA. CÁLCULO DEL CUELLO DE LA MAZAROTA: PARA LA MAZAROTAS SUPERIORES SIGUE SIN SER NECESARIO EL CÁLCULO DEL CUELLO, MIENTRAS QUE PARA LAS LATERALES LA RELACIÓN ENTRE MÓDULOS SE MODIFICA ASÍ:
EJERCICIO DE APLICACIÓN
SE QUIERE FUNDIR LA PIEZA REPRESENTADA EN ESTA IMAGEN EN FUNDICIÓN GRIS CON UN CONTENIDO DE 3,5% EN C, 2,6% EN Si Y 0,1% EN P (Y SE VIERTE AL MOLDE A 1350°C), Y PARA ALIMENTAR LA PIEZA SE COLOCA UNA MAZAROTA NATURAL DE PASO.
CALCULE: 1.
EL MÓDULO QUE DEBE TENER LA MAZAROTA (DAR EL RESULTADO EN cm).
2.
EL VOLUMEN DE LA MAZAROTA (DAR EL RESULTADO EN 𝒄𝒎𝟑 ).
3.
EL DIÁMETRO DEL CUELLO (SE DEBE CONSIDERAR EL CUELLO COMO UN CILINDRO)
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