Investigación de Fundición

 

TEMA: Investigación de fundición Marco Teórico: Fundición

Se

denomina fundición al

proceso

de

fabricación

de

piezas,

comúnmente consistente en fundir   un un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, molde, donde  donde se solidifica solidifica.. El proceso más común es de la arena arena,, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla arcilla,, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido. a fundición en arena consiste en colar un metal fundido, t!picamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, de"arlo solidificar y posteriormente romper el molde para e#traer la pieza fundida. Calentamiento del metal Se us usan an va varia rias s cla clases ses de hor hornos nos,, par para a cal calent entar ar el met metal al a la tem temper peratu atura ra acuerdo al material por fusión administrada al material ferroso o no ferroso. a energ!a calor !!fica fica requerida es suma de elementos básicos$ a% &el calor para elevar la temperatura hasta el punto de fusión, b% &el calor de fusión para convertir el metal sólido a l!quido y c% &el calor para elevar al metal fundido a la temperatura de vaciado al molde. Esto se puede e#presar ba"o el análisis análisis e#haustivo  e#haustivo de cada uno de metales, donde su aplicabilidad se fundamente en$

 

a). Transferencia de calor  'energ!a  'energ!a calor!fica%

El cálculo de la ecuación es complicado por los l os siguientes factores$ (% El calor espec!fico y otras propiedades térmicas del metal sólido var!an con la temperatura, especialmente si el metal sufre un cambio cambio de  de fase durante el calentamiento) *% El calor espec!fico de un metal puede ser diferente en el estado estado sólido  sólido y en estado l!quido) +% a mayor!a de los metales de fundición son aleaciones aleaciones que  que funden en un intervalo de temperaturas entre sólidos y l!quidos en lugar de un punto único de fusión, por lo tanto, el calor de fusión no puede aplicarse tan fácilmente como se indica arriba) % En la mayor!a de los casos no se dispone de los valores requeridos en la ecuación para una aleación particular  -% &urante el calentamiento hay pérdidas de calor significativas.

b).  Vaciado del metal fundido b). &espués

del

calentamiento,

el

material

está

lis istto

para

vacia iars rse e.

a introducción introducción del  del metal fundido en el molde y su flu"o dentro del sistema sistema de  de vaciado y de la cavidad es un paso cr!tico en el proceso. ara que este paso tenga é#ito é#ito,, el metal debe fluir antes de solidificarse a través de todas las re regi gion ones es de dell mo mold lde, e, incl inclui uida da la regi región ón má más s im impo port rtan ante te qu que e es la ca cavi vida dad d principal. os factores que afectan la operación de vaciado son la temperatura de vaciado, la velocidad de vaciado y la turbulencia.

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c). La temperatura de vaciado Es la temperatura del metal fundido al momento de su introducción en el molde. o im impo porta rtant nte e aq aqu! u! es la dife difere renc ncia ia en entr tre e la te temp mper erat atur ura a de va vaci ciad ado o y la temperatura a la que empieza la solidificación 'el punto de fusión para un metal puro pu ro,, o la te temp mper erat atur ura a liqu liquid idus us pa para ra un una a al alea eaci ción ón%. %. / es esta ta di dife fere renc ncia ia de temperaturas se le llama algunas veces d). La velocidad de vertido o vaciado

sobrecalentamiento.

Es el caudal con que se vierte el metal fundido que ingresa al molde. Si la velocidad veloc idad es muy lenta lenta,, el metal pued puede e enfriarse antes de llenar la cav cavidad. idad. Si la velocidad de vaciado es e#cesiva provoca turbulencia y puede convertirse en un problema serio.

e). La turbulencia de flujo Se caracteriza por las variaciones erráticas de la velocidad del fluido) cuando éste se agita, genera corrientes irregulares en lugar de fluir en forma laminar. El flu"o turbulento debe evitarse durante el vaciado por varias razones. 0iende a aceler ace lerar ar la for formac mación ión de ó# ó#ido idos s met metáli álicos cos que pue pueden den que quedar dar atr atrapa apados dos durante la solidificación, degradando as! la calidad de la fundición.

f). Análisis inenieril del vaciado del metal 1arias relaciones gobiernan el flu"o del metal l!quido a través del sistema de vaciado y dentro del molde. 2na relación importante es el

teorema de Bernoulli ,

el cua uall es esta tabl blec ece e qu que e la su suma ma de las las en ener erg! g!as as 'a 'alt ltur ura, a, presión presión  dinámica dinámica,, energ!a cinética y fricción% en dos puntos cualquiera de un l!quido que fluye es igual. Esto se puede escribir en la siguiente forma$

os sub!ndices ( y * indican los dos puntos cualesquiera en el flu"o del l!quido. l !quido.

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a ecuación de 3ernoulli 3ernoulli se  se puede simplificar de varias maneras. Si ignoramos las pérdidas por fricción 'la fricción afectará el flu"o del l!quido a través del molde de arena% y asumimos que el sistema permanece a presión atmosférica en toda su e#tensión, entonces la ecuación puede reducirse a$

4tra relación de importancia durante el vaciado es la ley ley de  de continuidad, la cual establece que la velocidad volumétrica del flu"o permanece constante a través del l!quido. a velocidad del flu"o volumétrico 'm+5s%, es igual a la velocidad multiplicada por el área de la sección transversal del flu"o l!quido. a ley de continuidad puede e#presarse como$

os sub!ndices se refieren a cualquiera de los dos puntos en el sistema de flu"o flu "o.. En Ento tonc nces es,, un incr increm emen ento to en el área área pr prod oduc uce e un de decr crem emen ento to en la velocidad y viceversa. as ecuaciones ecuaciones  indi indica can n qu que e el be bebe bede dero ro de debe be se serr ah ahus usad ado. o. El ár área ea de la secció sec ción n tra transv nsvers ersal al del can canal al deb debe e red reduci ucirse rse con confor forme me el met metal al se ac acele elera ra dura du rant nte e su de desc scen enso so en el be bebe bede dero ro de co cola lada da)) de ot otra ra ma mane nera ra,, pu pued ede e aspirar aire aire dentro  dentro del l!quido debido al incremento de la velocidad del metal que fluye hacia la base del bebedero y conducirlo a la cavidad del molde. ara prevenir esta condición, se dise6a el bebedero con un ahusamiento de manera que la velocidad volumétrica de flu"o

VA sea

misma en la parte superior y en el

fondo del bebedero.

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Llenado por arriba:  /plicando continuidad continuidad entre la base del bebed bebedero) ero) / +, y ataque's%, /a$ 7 8 /a9va 8 /+9v+ 8 1molde5t Se sobreentiende que la sección del canal 'si lo hubiera% ser!a igual al ataque.  /sumiendo /a 8 /+ ) y despreciando la pérdida por fricción 'no siempre% 1elocidad en el ataque 's% $ va 8 √'*g9ht% or tanto) 0iempo de llenado del molde$ t  =

Volumen _ molde  Aataque * vataque

=

Volumen _ molde   Aa * 2 * g * ht 

Llenado por la base En un diferencial de tiempo dt) :ncremento de altura en el molde$ dh ;audal en el molde$ 7m 8 /m9dh5dt ;audal de metal por el ataque's%$ 7 a 8 /a9va,

&onde)

va =    2 g * ht 

 Am dh =  Aa * 2   g  * ( ht  − h) * dt 

:gualando ambos caudales$ 7 m 8 7a

1 2 g