1 CONFORMACIÓ PER EMMOTLLAT

Crèdit 6 Tecnologia de FabricacióJordi Casas Castañe

CRÈDIT 6 TECNOLOGIA DE FABRICACIÓ.

PROCEDIMENTS DE CONFORMACIÓ DELS METALLS.

La conformació dels metalls i aliatges per a la obtenció de peces o perfils de formes i dimensions adequades a les necessitats de la indústria, poden fer-se de diverses maneres. Hi ha peces que sols poden fabricar-se per un procediment, però en general el que fa el disseny tindrà que escollir entre varis procediments i decidir, en funció de diversos factors, quin és el millor. Tot i això, moltes vegades, aquest procés de selecció, queda limitat als procediments de que es disposa en les instal·lacions en que s’han de fabricar. Cal dir, també, que la majoria de peces que es fabriquen industrialment, no s’obtenen a partir d’un sol procediment, sinó que el més habitual, és que s’obtinguin a partir de dos o més procediments, per exemple, fosa i mecanitzat posterior.

Els procediments utilitzats actualment per la conformació dels metalls i aliatges, poden classificar-se en quatre grups principals:

1. Conformació per emmotllat.2. Conformació per deformació i tall.3. Conformació per soldadura.4. Conformació per arrencament de material.

La conformació per emmotllat, es realitza fonent el metall o aliatge i abocant-lo en motlles que reprodueixen la forma de la peça. També es pot conformar per emmotllat, reduint els materials a pols, i compactant-los en motlles per posteriorment escalfar-los fins a obtenir el resultat final (sinteritzat).

La conformació per deformació i tall, es realitza colpejant o sotmetent a pressió els metalls o aliatges, en calent o en fred. Les operacions que es fan per aquest sistema, poden ser de deformació pura, deformació amb tall i tall sense deformació.

La conformació per soldadura, és un procediment sovint complementari dels anteriors, per tal d’unir parts de peces elaborades o semi-elaborades.

La conformació per arrancada de material, en forma de ferritja, en forma de pols, o per erosió, s’aplica generalment a semi-elaborats obtinguts per procediments previs. Aquest procediment de conformació, és l’únic que permet obtenir peces amb nivells de precisió elevats.

1


CONFORMACIÓ PER EMMOTLLAT, FOSA.

S’anomena fosa al conjunt d’operacions necessàries per donar forma als metalls per fusió i solidificació posterior en motlles.

La fosa és una dels procediments més antics de conformació dels metalls. Hi ha testimonis de peces foses fa més de 5000 anys.

Fins als Segle XIX, la tecnologia de la fosa havia progressat molt poc, i l’èxit o el fracàs de la seva pràctica, depenia més de la destresa del fonedor, que de l’aplicació d’unes regles o normes bàsiques. Es al llarg del Segle XX, quan s’ha aprofundit extraordinàriament en els fonaments científics de la tecnologia de la fosa, el que ha portat com a conseqüència nous mètodes per a la obtenció de peces, més ràpid, més barat i amb molta més precisió.

OPERACIONS FONAMENTALS DE LA FOSA.

Per la conformació dels metalls i aliatges per fosa, és necessari realitzar tres classes d’operacions fonamentals:

1. Operació de fosa.2. Operació d’emmotllat i desemmotllat.3. Operació d’acabat.

Operacions de fosa: La fosa dels metalls i aliatges es porta a terme en diferents tipus de forns, amb diferents característiques en funció del material a processar. Cada tipus de material, necessita una temperatura precisa, prou alta perquè el metall fos tingui la fluïdesa adequada, però no massa per evitar la pèrdua de metall per vaporització o per oxidació. Moltes vegades, aquesta operació no es limita a la fosa del metall o aliatge, sinó que al mateix temps que es fon, s’elabora el propi aliatge.

Operació de emmotllat i desemmotllat: Les operacions d’emmotllat, comprenen en primer lloc la preparació del motlle, que pot ser de sorra o metàl·lic. Després s’aboca en el motlle el metall fos en una operació que s’anomena colada. I per acabar, un cop refredat el metall, es trenca o s’obre el motlle, en una operació que s’anomena desemmotllat.

Operació d’acabat: Finalment es procedeix a netejar les peces de sorra i a trencar els canals on s’ha abocat el metall que queden adherits a la peça, fins deixar-la completament acabada i a punt de ser utilitzada, o més generalment mecanitzada. Aquestes operacions s’anomenen de neteja i desbarbat.

PROCESSOS DE FOSA.

Els processos utilitzats per la conformació dels metalls i aliatges per fosa, poden dividir-se en dos grans grups, Fosa per colada per gravetat, i fosa per colada per pressió.

2


En la fosa per colada per gravetat, s’omplen els motlles per el propi pes de metall fos. En general es fan servir motlles de sorra, tot i que modernament s’han desenvolupat tècniques utilitzant materials del emmotllat més sofisticats. En la fosa per colada per gravetat, també es fans servir motlles metàl·lics permanents anomenats coquilles.

En la fosa a pressió, s’omplen el motlles impulsant la matèria fosa gràcies a una força exterior. Si aquesta força està produïda per la rotació ràpida del motlle, s’anomena fosa centrífuga. Però si es tracta d’una força exterior d’una altra naturalesa, s’anomena fosa a pressió, o fosa injectada.

METALLS I ALIATGES CONFORMATS PER FOSA.

Els metalls i aliatges que habitualment es conformen per fosa, són els aliatges de ferro, el coure i els seus aliatges, l’alumini i els seus aliatges, els aliatges de magnesi, el zenc i els aliatges anti-fregament.

Encara que teòricament es pot emmotllar qualsevol metall o aliatge, ordinàriament sols s’emmotllen els metalls i aliatges més adequats per la seva conformació per fosa. Fins i tot existeixen determinats aliatges concebuts especialment per la fabricació de peces per emmotllat.

Les característiques desitjables en els metalls i aliatges per la seva conformació per emmotllat són les següents:

Baixa temperatura de fosa, per evitar despesa energètica. Baix calor latent de fosa , per evitar despesa energètica. Baixa tensió superficial, per que la reproducció del motlle sigui perfecta. Baix coeficient de dilatació en estat líquid, i interval de temperatura de

solidificació el més reduït possible, per que la contracció del metall sigui petita. Baix coeficient de dilatació en estat sòlid , per reduir el risc de fissures en la

solidificació. Alta fluència, per omplir tot els espais del motlle. Alta densitat, per el propi pes del material ajudi a la fluència i venci la tensió

superficial.

ALIATGES DE FERRO PER EMMOTLLAR. ACERS.

Hi ha dues classes fonamentals d’aliatges de ferro: els acers, que són bàsicament aliatges de ferro-carboni amb un màxim de 1.76% de carboni, i les foses amb un contingut superior de carboni. Tant els acers com les foses poden estar aliats amb altres metalls.

Les foses són els aliatges ferro-carboni més adequats per la seva conformació per emmotllament fins al punt que la fabricació de peces amb aquests materials es fa sempre per fosa i emmotllament, i les peces obtingudes es diu que son de ferro colat, referint-se al procés de fosa i colat en motlles.

3


Actualment, i gràcies al perfeccionament dels forns, especialment els elèctrics, que permeten assolir amb relativa facilitat les més altes temperatures necessàries per a la fosa dels acers, ha incrementat la fabricació de peces amb aquests materials per emmotllament, tot i que l’operació presenta majors dificultats que la fosa i l’emmotllat de les foses, ja que té pitjor fluïdesa en la colada i més predisposició a la segregació.

FOSES

Les foses de ferro, o simplement foses, són aliatges de ferro-carboni amb un contingut de carboni amb un contingut de carboni de 2.5% a 4.5%, i alguns altres elements en petites quantitats com silici, manganès, sofre i fòsfor. Existeixen a més, foses especials que contenen fins a un 15% de silici i altres elements d’aliatges com el níquel, crom, molibdè, coure, etc.

En conjunt, les foses es poden dividir de la següent manera:

Blanca

Fosa ordinària GrisFerríticaGris ordinàriaPerlítica

Atruitada

Fosa aliada

Fosa especialMal·leable

De cor blanc (europea)De cor negre (americana)Mal·leable perlítica

De grafit esferoidalDe grafit difús

Fosa ordinària:

Les foses ordinàries són les que únicament contenen ferro, carboni i petites quantitats de silici, manganès, sofre i fòsfor, sense que en la seva elaboració hi intervingui cap tècnica especial. Per l’aspecte que presenta la seva superfície de fractura, es classifiquen en blanques, grises i atruitada.

Fosa blanca: Les foses blanques s’anomenen així per el color que presenta la seva superfície de fractura. En aquesta fosa, pràcticament tot el carboni que contenen està combinat amb el ferro en forma de carbur de ferro (CFE3) o sigui cementita. La duresa de la fosa blanca és molt elevada, i varia entre 300 i 500 Brinell. La seva densitat és de 7.7. La contracció al refredament és molt elevada, d’uns 18 mm per metre. Són gairebé impossibles de mecanitzar degut a la seva duresa. La seva col.labilitat és la més reduïda de totes les foses.

4


Fosa gris: Així com en les fosa blanca tot el carboni que contenen està en forma de cementita, en la fosa gris, teòricament tot el carboni hauria d’estar en forma de grafit, i per tant, el ferro estaria en forma de ferrita. A la pràctica, no existeix fosa gris amb tot el carboni en forma de grafit, sinó fosa en que part del carboni es troba formant cementita i part en forma de grafit. Les foses grises tenen una densitat de 7.25, aquesta variació de la densitat, es deguda al major volum del carboni en forma de grafit; això comporta un augment de volum de les foses grises al refredar-se entre els 800 i 1000 Cº, que són les temperatures en que es forma el grafit. La contracció en la solidificació és de 8% a 10%. La seva col.labilitat és excel·lent, podent fer peces de gruixos de fins a 3 mm. La seva duresa Brinell és de 200 a 220, podent ser mecanitzades perfectament. Degut al grafit que contenen, tenen qualitats autolubricants.

Fosa atruitada: Són de característiques i propietats entremig entre la fosa blanca i la gris. El nom prové del color que té la seva superfície de fractura.

Fosa aliada:

Les foses aliades, contenen a més de ferro i carboni i els elements que contenen les foses ordinàries, altres elements d’aliatge, com el crom, el molibdè, el coure, l’alumini, el vanadi, el titani, etc. En les foses aliades, elements presents en la fosa ordinària, com el silici i el manganès, també si troben, però normalment en majors proporcions.

Fosa especial:

Sota aquesta denominació s’agrupen les foses que per les seves propietats, o per el procés fosa pròpiament dit, surten de la classificació normal.

Fosa mal·leable: Les foses mal·leables, són les més importants en el grup de les especials, i constitueixen un material entremig de la fosa gris i l’acer. Hi ha dos tipus de foses mal·leables, la de cor blanc i la de cor negre. Totes dues es fabriquen a partir de fosa blanca, a la que després es fa un procés de recuit de varis dies, per tal de descarburar la fosa, millorant així la tenacitat i l’allargament.

Foses de grafit esferoidal: Aquestes foses, tenen el grafit en forma de nòduls de forma sensiblement esfèrica, amb un diàmetre aproximant de 0.05 mm i amb una densitat de 50 a 60 per mm. Es fabriquen a partir de fosa gris ordinària, a les que s’afegeix magnesi. Aquest tipus de fosa, es pot trempar igual que l’acer.

Foses de grafit difús: Les foses de grafit difús, tenen el grafit en forma de diminuts nòduls repartits en tota la massa de la fosa en un nombre aproximat de 10000 a 12000 per mm de superfície. Les foses de grafit difús s’obtenen a partir de fosa blanca, que després d’un tractament de tremp i revingut, s’aconsegueix la transformació de la perlita en martensita.

5


FOSES DE MATERIALS NO FÈRRICS.

A part de la fosa de ferro, hi ha altres tipus de materials que s’obtenen a partir de la fosa i el posterior emmotllament. Els més importants són: el coure, l’alumini, el magnesi i el zenc. En la majoria de foses d’aliatges de materials no fèrrics, apareixen dos problemes, que són el de l’oxidació i l’eliminació de gasos de la colada. Aquest problema és resol en la majoria dels casos afegint algun elements o reductor o oxidant, que eviti o minimitzi el perjudici que provoca l’aparició de gasos en els aliatges.

FORNS DE FOSA

La fosa dels metalls i aliatges té lloc en forns adequats a cada metall i aliatge, a la mida i a la quantitat de peces a emmotllar.

En aquests forns no només es porta a terme la fosa dels metalls, sinó que en molts casos es realitza l’ajustat de la composició del material, i fins i tot la fabricació del mateix, com passa en el cas de la fosa de ferro. Per aquest motiu, per tal d’aconseguir el resultat esperat, és necessària molta experiència per part del fonedor, sempre recolzat per un laboratori d’assaigs ràpids, que permeti corregir les possibles desviacions amb la màxima celeritat.

Els principals tipus de forns utilitzats en l’actualitat són els cubilots, els forns de reverber, els forns rotatius, els forns de gresol, i els forns elèctrics.

CUBILOTS

Els cubilots són forns cilíndrics verticals, formats per una part externa de xapa de ferro dolç de 5 a 10 mm de gruix, amb un revestiment interior de paret seca de totxana refractària d’uns 250 mm de gruix. El forn descansa sobre quatre columnes metàl·liques. El fons dels cubilots porta unes comportes que s’obren després de les colades per tal de poder buidar l’escòria que s’hi ha acumulat.

A la part del davant i al nivell del fons, tenen una obertura d’extracció del metall fos. D’aquesta obertura en surt el canal que porta el metall fos cap a les culleres de colada. A la part posterior del forn hi ha un altre forat per l’extracció de les escòries. Uns 200 mm per sobre del pla del forat de retirada d’escòries hi ha el pla de toveres d’entrada d’aire, repartides al voltant del cubilot. Finalment uns 3 o 4 metres per sobre del pla de toveres hi ha la plataforma de càrrega, per la que s’introdueixen les càrregues alternades de metall i de cok. Acaba el cubilot amb una cambra, anomenada cambra d’espurnes, on es precipiten les partícules incandescents que arrosseguen els gasos.

El combustible que utilitza el cubilot, és cok, que s’introdueix a l’interior del forn en capes alternades amb el metall a fondre, una vegada a l’interior i gràcies a les toveres d’aire calent que van injectant aire al l’interior del cubilot, el cok crema i fon el metall. Una vegada el cubilot està en funcionament normal, es poden dividir diferents zones en funció de l’alçada i de dalt a baix:

6


Zona de deshidratació: Compren l’alçada del cubilot des de l’obertura de càrrega, fins a la zona on comença la fosa. Aquí les temperatures són d’uns 500 Cº. En aquesta zona la càrrega s’asseca i augmenta de temperatura sense que s’arribi a transformar.

Zona de fosa: En aquesta zona el cok està incandescent i el metall es comença a fondre (1200 a 1250 Cº), i va caient gota a gota cap a la zona següent de temperatura més elevada.

Zona de combustió: Aquesta zona està situada entre 50 i 100 cm per sobre del pla de toveres, i és on es crema el cok i on la temperatura és més elevada (de 1500 a 1600 Cº).

Zona de gresol: Es la zona compresa entre el pla de toveres i el fons del cubilot. En aquesta zona és on s’acumula el metall fos. La temperatura d’aquest sector és de 1350 a 1500 Cº.

Les càrregues més habituals amb que s’omplen els forns de cubilot, estan formades per un 60% de mineral de ferro i un 40% de ferralla, el combustible, acostuma a representar un 13% de la càrrega metàl·lica. Aquestes càrregues s’introdueixen per l’obertura de càrrega formant capes alternades de metall i de combustible. Una vegada el forn està en funcionament, es va afegint càrrega mentre calgui. Al final de la colada, s’ha de retirar l’escòria, i fer un manteniment complert de l’interior del forn.

FORN DE REVERBER.

Els forns de reverber es fan servir especialment per a la fosa de peces de grans dimensions, tant de metalls fèrrics com no fèrrics.

Els forns de reverber acostumen a ser de poca alçada i gran longitud. En un extrem es troba la cambra on es crema el combustible, i en l’extrem oposat hi ha la xemeneia. La flama i el producte de combustió creuen el forn i són dirigits per la volta de forma adequada cap a la solera del forn on hi ha el metall a fondre. Aquesta càrrega s’escalfa fins a la fosa.

FORN ROTATIU:

Els forns rotatius estan formats per una cobertura cilíndrica d’acer amb l’eix sensiblement horitzontal, que acaba en dos troncs de con, un a cada extrem. En un dels extrems hi ha el cremador i en l’altre la sortida de gasos cremats, que generalment passa per un sistema de recuperació de calor per escalfar l’aire de bufat abans de ser evacuats per la xemeneia. Tot l’interior del forn està revestit de material refractari. El combustible acostuma a ser gas-oil o carbó polvoritzat.

Els forns rotatius es consideren forns de reverber perfeccionats, ja que a més d’escalfar la càrrega per el contacte amb les flames i gasos, i per la radiació de la volta calenta, també s’escalfa per el contacte directe amb la paret del forn que al anar girant,

7


va repartint millor la temperatura. Amb això s’aconsegueix un estalvi important de temps de fosa.

Els forns rotatius, es fan servir per a fondre tot tipus de metalls i aliatges com coure, bronze, llautó, alumini, foses grises i mal·leables, acers etc.

FORNS DE GRESOL

Els gresols són recipients d’argila barrejada amb grafit i altres substàncies, que disposen de tapa per al tancament hermètic, que una vegada carregats i tancats, s’escalfen en els anomenats forns de gresol, utilitzant com a combustible, carbó o més modernament gas-oil.

La fosa en gresol és un dels procediments més antics i senzills per elaborar metalls i encara s’utilitza per a la fosa de peces petites.

FORNS ELÈCTRICS

Els forns elèctrics tenen grans avantatges per la fosa del metalls:

1. Es poden assolir temperatures de fins a 3500 Cº.2. Es pot controlar perfectament la velocitat d’escalfament, i garantir el

manteniment de la temperatura entre límits molt precisos.3. La càrrega queda completament lliure de contaminació de gasos combustibles.4. Pot controlar-se perfectament l’atmosfera de contacte amb la massa fosa.5. Els revestiments tenen més durada que en els altres tipus de forns.6. Són de dimensions més reduïdes.7. El sistema de treball és millor que en altres forns.

Per la fusió de metalls, és treballa amb tres tipus bàsics de forns elèctrics: forns d’arc, forns d’inducció i forns de resistència.

Forns d’arc: Els forns d’arc estan formats per una cuba de xapa d’acer revestida de material refractari, que disposa de diversos d’elèctrodes de grafit en el seu interior, a través dels quals és fa saltar l’espurna que genera la temperatura. Existeixen diferents tipus de forn en funció de si l’arc que salta dels elèctrodes, passa per la massa fosa o no, i de la disposició d’aquests elèctrodes dintre de la cuba.

Forns d’inducció: En els forns d’inducció, el calor es genera per corrents induïdes per una corrent alterna. Hi ha diferents tipus de forns en funció del sistema que utilitzen per generar les corrents. Les principals qualitats dels forns d’inducció són:

Rendiment molt alts, ja que sols s’esclafa el material a fondre. Les corrents electromagnètiques que es produeixen fan circular el material fos

fent així més uniforme la seva composició. La temperatura pot regular-se amb molta precisió. Es possible la fosa al buit. Les pèrdues per volatilització i per oxidació són molt reduïdes.

8


Forns de resistència: En els forns elèctrics de resistència, el calor està produït per l’efecte Joule al circular un corrent elèctric per una resistència. Es fabriquen dos tipus de forns de resistència, els de gresol i els de reverber. En els dos casos, el voltant del forn, està recobert per un seguit de resistències elèctriques que generen la temperatura. Aquest tipus de forns s’acostumen a utilitzar per a fondre metall de baix punt de fosa, ja que no assoleixen temperatures massa elevades.

EMMOTLLAT EN SORRA

La preparació dels motlles que posteriorment s’han d’omplir amb el metall fos, exigeix la preparació prèvia d’unes reproduccions de les peces que es volen fabricar, fetes generalment de fusta o resines que s’anomena model.

Una vegada preparat el model, es col·loca a la caixa d’emmotllar i s’omple amb una sorra especial que es comprimeix. Després es retira el model, i queda a la sorra un buit que reprodueix la forma exterior del model, que és també amb algunes variacions necessàries, la forma de la peça. A continuació s’aboca el metall fos per uns conductes i canals que s’hauran deixat preparats i que s’anomenen abeuradors, fins a omplir tot el motlle. Una vegada que el metall s’hagi solidificat i refredat fins a la temperatura ambient es desfà el motlle, es trenquen els abeuradors que hauran quedat enganxats a la peça, es neteja la peça, que treuen les rebaves, i queda acabada en el que a fosa es refereix.

Les peces no són sempre completament massisses, sinó que poden tenir forats o buits que ha de quedar reproduïts d’alguna manera en el motlle. Això s’aconsegueix col·locant en l’interior del motlle de sorra, un modelat, fet també de sorra, del buit de la peça, que s’anomena mascle o noio. Al colar el metall en el motlle, l’omple tot, excepte l’espai ocupat per el mascle. Una vegada solidificat el metall, s’esmicola la sorra del mascle i s’extreu per algun orifici que s’haurà deixat previst.

CONTRUCCIÓ DELS MODELS

La construcció dels models per fosa, és encara avui en dia, un art, que pocs operaris dominen. Aquests operaris, el modelistes, han de dominar perfectament la tecnologia de la fosa, a més de necessitar una llarga experiència.

Els models no són una reproducció exacta de la forma exterior de les peces que es volen fondre, sinó que sovint s’assemblen molt poc a aquestes, ja que han de complir una sèrie de condicions.

1. Les mides dels models són sempre més grans que les de les peces, ja que s’ha de considerar la contracció dels metalls al refredar-se.

2. S’han de considerar sempre les limitacions de la fosa, i no intentar reproduir detalls impossibles d’obtenir directament en el motlle.

3. S’han de tenir en compte les superfícies que s’han de mecanitzar a posteriori, per tal de deixar-hi més material.

4. S’han de preveure sortides adequades per extreure els models dels motlles sense arrossegar la sorra.

9


Els models per fosa, es poden fer de molts materials diferents, essent els més habituals la fusta i les resines (Epoxi). La fusta té l’avantatge que és fàcil de treballar, relativament econòmica i lleugera. Per contra, té els inconvenients de que és molt sensible a la humitat, fet que pot generar deformacions i poc resistent a l’abrasió de la sorra, fet que dona poca vida al model. Els inconvenients es resolen recobrint la fusta amb pintures adequades o amb resines. Les resines plàstiques, sobretot les Epoxi, són el material més modern en la construcció de models. S’acostumen a utilitzar sobre una base de fusta, i les seves principals avantatges, són la lleugeresa, la resistència i la facilitat a l’hora de treballar-les.

Les sorres silico-aluminoses, també anomenades sorres de motlle, són encara avui en dia el material que més es fa servir per la fabricació de motlles i mascles per fosa. Procedeixen de la descomposició de les roques ígnees del primari, secundari i terciari. La mida mitja del gra varia entre 0.1 mm i 0.3 mm. Químicament estan composades principalment per quars i argila, i percentatges variables d’altres elements com calç, feldspat, etc. en quantitats totals inferiors al 5%. El quars pur o òxid de silici (sílex), és el principal component de les sorres, amb un 80% - 90% del volum total, formant així l’esquelet de la sorra. L’argila, composada bàsicament per òxid d’alumini hidratat, forma part de la sorra en un 10% - 15%, i representa el paper d’aglomerant.

El contingut d’humitat de les sorres de motlles naturals, ha d’estar comprés entre el 5% i el 7%. Si el percentatge és més baix, la resistència mecànica de la sorra disminueix, amb perill d’arrossegament de porcions de motlle, i inclusions en les peces colades. Si el contingut d’humitat és més alt, el volum de vapor produït dintre del motlle, augmenta el risc de bufats en les peces.

EMMOTLLAT A MÀ I A MÀQUINA.

Una vegada preparat el model i disposada la sorra adequada, pot començar-se la fabricació del motlle. Per fer això, cal primer seleccionar la caixa adequada.

Caixes de emmotllat: S’anomenen caixes, encara que no tenen ni fons ni tapa, sols parets laterals. Generalment són de base rectangular o quadrada. Acostumen a portar nanses o monyons, per agafar-les, i per unir-les les unes amb les altres si és necessari. En la emmotllat a màquina, les caixes han de resistir grans forces i vibracions, per això aquestes han de ser robustes i per tant cares. Per això s’ha ideat utilitzar aquestes caixes exclusivament per a l’emmotllat, i una vegada acabat aquest, s’extreu el motlle i es deixa preparat per la colada.

COLADA

Una vegada acabats els motlles, queden en disposició de que s’hi aboqui el metall fos, en una operació que s’anomena colada, la colada es pot fer per tres procediments, directa (per dalt), per la base (colada en font) i per el costat.

Colada directa: La colada directa, es fa omplint els motlles directament per la seva part superior. Es la més utilitzada, per ser la que aconsegueix una solidificació més

10


correcta, ja que permet que el metall es vagi solidificant a mesura que omple el motlle. Per aquest motiu, la temperatura de colada no cal que sigui massa elevada. La colada directa té l’inconvenient de que sempre resulta una mica brusca, i a més, la caiguda pot provocar inclusions d’aire o d’escuma i gotes de metall.

Colada en font: La colada en font o per base, es realitza omplint el motlle de baix a dalt, ja que es fa arribar el metall a la base per mitjà de un o varis abeuradors des de la superfície superior del motlle. Aquest tipus de colada, permet un correcta evacuació de l’aire, omple el motlle sense brusquedat, però té els següents inconvenients:

1. La solidificació no és massa correcta, ja que la colada s’ha de fer a una temperatura molt elevada per que la solidificació no comenci fins que el motlle estigui completament ple.

2. Es llença molt material, ja que els canals de colada han de ser molt llargs.

Colada per el costat: Aquest tipus de colada és el més utilitzat per colades en motlles de sorra. La colada és fa per el costat, per mitjà d’abeuradors verticals situats al costat del motlle i units a aquest per un o varis canals d’atac. Aquesta disposició té els avantatges dels dos anteriors.

DESENMOTLLAMENT

Quan la peça ha quedat suficientment freda, es procedeix als desenmotllament, retirant les caixes, si cal, trencant el motlle i quedant la peça amb els abeuradors i sobrexidors, i bruta de sorra, a punt per passar a la secció d’acabat.

EMMOTLLAT AMB MASCLES.

Si les peces que s’han de fondre tenen parts buides que exigeixen la col·locació de mascles, s’han de construir aquests per emmotllament fent servir les anomenades sorres de mascles.

Si els mascles són senzills, prismàtics o cilíndrics, la caixa de mascles és d’una sola peça. Si com és més corrent, la caixa de mascles ha de ser partida, pot emmotllar-se el mascle unint prèviament les dues meitats per mitjà de passadors i omplint el motlle de sorra per un extrem. Després, s’obre la caixa i se’n extreu el mascle. Si el mascle es de forma complexa, pot fer-se amb diferents parts, dotades d’elements de centrat, que assegurin la correcta posició de les diverses parts. Es habitual reforçar els mascles de formes complicades, amb fil ferro. Una vegada emmotllats els mascles, són sempre cuits per tal de dóna’ls-hi més resistència. Una vegada cuits els mascles, es col·loquen a l’interior dels motlles, en uns allotjaments especialment dissenyats per això.

En el desemmotllat, després de la colada, es destrueix i extreu el mascle, quedant un buit de la seva mateix forma a l’interior de la peça.

11


EMMOTLLAT MECÀNICA

La emmotllat a mà, és un procés lent, pesat i laboriós, i per això s’ha intentat simplificar, abaratir i accelerar aquesta operació, fent-la mecànicament, amb les anomenades màquines d’emmotllar.

Les màquines emprades em la emmotllat mecànica, fan, de fet, dues operacions perfectament diferenciades, la emmotllat, omplint de sorra la caixa d’emmotllar i compactant-la, i posteriorment el desmodelat, o separació del model de la caixa. Existeixen màquines que fan ambdues operacions successivament.

Per realitzar el desmodelat en les màquines, no es fan servir els models sols, sinó que s’utilitzen fixats a unes plaques, generalment de fosa, el conjunt de quals, s’anomena placa model. Les plaques model poden ser simples, de doble cara o reversibles.

MÀQUINES DE DESMODELAR

Les màquines de desmodelar, poden fer aquesta operació per quatre procediments:

1. Per aixecament de la caixa2. Per inversió de la caixa3. Per eclipsi4. Amb ajuda d’una pinta.

Desmodelat per aixecament de la caixa: En aquestes màquines, es fixa la placa model sobre la taula de la màquina mitjançant espigues de subjecció. Es col·loca a sobre de la placa, la caixa d’emmotllar i es fa l’emmotllat a mà. Una vegada acabat aquest, s’acciona una palanca, que fa pujar quatre espigues que aixequen la caixa del motlle.

Desmodelat per inversió: En aquest cas, es fa girar la taula de la màquina 180º, sobre la que va fixada la placa model i la caixa del motlle. D’aquesta manera, la caixa del motlle queda invertida, recolzada sobre un suport inferior. Una vegada retirats els passadors que unien la placa model i la caixa del motlle, es colpeja o es fa vibrar la caixa per facilitar la separació.

Desmodelat per eclipsi: Es fa al revés que el d’aixecament. Es deixa la caixa fixa i es baixa la placa model.

Desmodelat per pinta: Aquest procés es fa amb l’ajut d’una placa intermèdia sobre la que es recolza la sorra. Aquest procés s’acostuma a fer per peces llargues o complicades, si perilla que la sorra no s’aguanti per ella mateixa.

12


PROCESSOS D’EMMOTLLAT EN MATERIALS NO METÀL·LICS.

A part de l’emmotllat en sorra, que és encara avui el més utilitzat, es fan servir altres procediments d’emmotllat amb materials no metàl·lics, com són:

Emmotllat amb plantilla (terraja) Emmotllat en closca Emmotllat en CO2

Emmotllat a la cera perduda Emmotllat Mercast

EMMOTLLAT AMB PLANTILLA.

Quan es tracta d’emmotllar peces de revolució o rectilínies de perfil constant, es pot utilitzar el procediment d’emmotllat amb plantilla, que té la gran avantatge de fer innecessari el model, que sempre és costos.

Les plantilles que es fan servir per aquest tipus d’emmotllament, són de fusta, normalment reforçades amb xapa d’acer en les seves cares actives. Aquestes plantilles, es preparen per que puguin girar sobre un eix vertical, o per que es puguin desplaçar sobre unes guies, segons es tracti de peces de revolució, o de perfil rectilini.

EMMOTLLAT EN CLOSCA.

L’emmotllat en closca, inventat per l’alemany Croning, es fa posant sorra preparada amb una mescla de resina, en contacte amb la placa model o la caixa de mascles prèviament escalfada a una temperatura de entre 200 i 260 Cº. Per efecte de la temperatura, la resina aglomera la sorra en un gruix d’uns 5 a 8 cm, segons el temps de contacte i la quantitat de resina, quedant un motlle molt porós en forma de closca que es separa del model.

Els models utilitzats per l’emmotllat en closca, han de ser bons conductors de la calor, i capaços de resistir escalfaments i refredaments, sense deformar-se. Es fabriquen normalment en fosa, tot i que també se’n utilitzen de llautó, de bronze i d’alumini, especialment per petites sèries.

L’emmotllat en closca, es fa sempre en màquines especials, que realitzen les següents operacions:

1. Escalfen la placa model fins a 200-260 Cº.2. Polvoritzen sobre la placa un agent de desemmotllat a base de silicones que

facilita el desemmotllat.3. Col·loquen la placa model sobre un dispositiu parcialment ple de sorra i resina.4. Inverteixen el dipòsit deixant caure la sorra i la resina sobre el model. A partir

d’aquest moment comença a formar-se la closca a raó de 1 mm cada segon.5. Giren el dipòsit de la sorra amb el motlle fins a col·locar-lo en posició normal,

de manera que la sorra no aglomerada, cau al dipòsit.6. Es porta el model amb la closca enganxada a una estufa que l’escalfa fins a 250-

400 Cº durant uns dos minuts perquè acabi d’endurir-se.

13


Les principals avantatges que s’atribueixen a l’emmotllat en closca són les següents:

1. Les peces emmotllades en closca, són més precises i tenen millor acabat superficial.

2. Els motlles són molt més lleugers que els de sorra ordinaris.3. No es necessiten caixes d’emmotllar.4. Els mascles fabricats en closca són porosos i buits aconseguint reducció de pes.5. Les peces colades són més homogènies.6. Els motlles es produeixen amb rapidesa i en poc espai.7. La fabricació del motlle es duu a terme automàticament amb mà d’obra poc

qualificada.

Els principals inconvenients són:

1. Només es aplicable a sèries grans, ja que sinó és massa car.2. La sorra amb aglutinant de resina és de 5 a 6 vegades més cara que la sorra

normal.3. Les plaques model són més cares, ja que han de ser metàl·liques.

Resumint, l’emmotllat en closca només es econòmicament aconsellable quan la major precisió de mides de la peça obtinguda en l’emmotllat en closca, faci totalment innecessari el mecanitzat posterior.

EMMOTLLAT AL CO2

L’emmotllat al CO2 és un procediment per endurir els motlles i el mascles sense necessitat de coure’ls. Per fer això es fa servir sorra extra-silicosa barrejada amb silicat sòdic com aglomerant, en lloc de l’argila. El motlle o mascle es prepara com si fos de sorra ordinària i quant està acabat es fa passar a través seu una corrent de diòxid de carboni que produeix gel de sílice. Aquest gel de sílice, és l’element aglutinant que endureix el motlle o mascle.

El gasejat amb CO2 pot fer-se abans o després del desemmotllat. Si es fa després la sorra haurà de contenir una petita proporció d’argila per donar prou consistència al motlle.

Les principals avantatges que s’atribueixen a l’emmotllat en closca són les següents:

1. Fa innecessàries els reforços i els recuits dels mascles.2. Fa innecessari la cocció del motlles de grans dimensions.3. S’aconsegueixen gran precisió de cotes en els motlles i en els mascles.4. El procés s’aplica amb rapidesa, molt senzillament, i amb mitjans molt barats.

Els principals inconvenients són:

1. L’esmicolament dels mascles no es del tot correcte, per lo que cal utilitzar poc aglomerant.

2. La sorra usada no té aplicació.

14


3. La sorra una vegada preparada té tendència a endurir-se en contacte amb l’aire.

En resum, l’emmotllat al CO2 té grans avantatges per la confecció de mascles, especialment si aquests es poden fer buits.

EMOTLLAT A LA CERA PERDUDA.

L’emmotllat a la cera perduda, és un dels procediments d’emmotllat més antics que es coneixen, ja a l’antic Egipte i a la Xina clàssica, s’emmotllaven obres d’art utilitzant aquest procés. Actualment es segueix utilitzant aquest procés no només per a la fabricació de medalles i objectes artístics en or i plata, sinó també peces industrials, amb extraordinària precisió de cotes, amb toleràncies de l’ordre de la dècima de mil·límetre. L’emmotllat a la cera perduda es realitza de la següent manera:

1. Es fa un model en cera de l’objecte que es vol.2. Es recobreix el model amb una gruixuda capa de mescla de guix i arena

siliquosa.3. Després d’assecar-se a l’aire, es cou en un forn. La cera es fon i es recull, i

queda el recobriment formant el vertader motlle que reprodueix fidelment la superfície exterior del model de cera.

Actualment es fa servir molt l’emmotllat a la cera perduda per la fabricació de peces petites en sèrie, que s’obtenen amb excel·lents acabats, i precisions que fan innecessària la posterior mecanització. La tècnica moderna de l’emmotllat a la cera perduda es realitza de la següent manera:

1. Es construeix un model patró amb llautó o bronze, amb la màxima precisió de cotes, considerant la contracció de la cera, la del metall que s’ha d’emmotllar i la dilatació del motlle metàl·lic en el que es cola la cera.

2. Amb aquest model patró, s’emmotlla una conquilla en metall blanc, en dues parts que encaixen i s’uneixen a través d’una plantilla de fosa. Aquesta plantilla porta els mascles que en els models de cera no es possible reproduir. Si la peça no necessita mascles, tampoc és necessària la plantilla, unint-se per tant les dues parts del motlle directament. També es poden construir les conquilles en acer, mecanitzant un bloc de metall sense necessitat d’utilitzar el model patró.

3. Una vegada preparada la conquilla, s’endolla al conducte alimentador d’una premsa especial, que ens servirà per injectar la cera en estat pastós, fins a omplir-la per complert.

4. Es desmunta la conquilla i es treu l’emmotllat de cera obtingut.5. A continuació, i si les peces són petites, com generalment passa, es preparen

brots de peces unint-les per els seus canals de colada a un canal comú.6. Els models de cera, es recobreixen amb una mescla de 70% de sorra de sílice i

30% de guix. Més modernament es dona una capa de sorra de sílice de gra molt fi barrejada amb silicat d’etil com aglutinant. Aquest recobriment pot ser obtingut per projecció o per immersió. La capa formada sobre la cera és de 0.2 a 0.6 mm de gruix, i s’asseca ràpidament en contacte amb l’aire.

7. Seguidament s’introdueixen els motlles amb el seu recobriment en una caixa d’acer i s’omplen amb sorra de sílice barrejada amb silicat d’etil com aglutinant.

15


Després es col·loquen aquestes caixes en plataformes vibradores que comprimeixen i compacten la sorra.

8. Les caixes d’acer es porten a un forn de tipus continu, en la primera secció la temperatura és de 100 Cº, i es fon la cera, que es recull en uns canals del fons del forn. En la segona secció de forns, la temperatura és de 1000Cº, i s’endureix la sorra.

9. Finalment es tira el metall fos en els motlles, i una vegada solidificat, és trenquen i s’obtenen les peces sense cap altre operació d’acabat que la de tallar els canals de colada i treure les rebaves amb una esmeriladora.

EMMOTLLAT MERCAST.

L’emmotllat Mercast, és una variant de l’emmotllat a la cera perduda, en el que es fa servir mercuri en lloc de cera. Amb aquest procés, es poden aconseguir peces de gran precisió amb toleràncies de l’ordre de 0.003 mm. Aquest procés es realitza de la següent manera:

1. Es fabriquen models patró i mitjos motlles metàl·lics, igual que amb la cera perduda. Aquests motlles convé que siguin d’acer.

2. S’aboca mercuri en els mitjos motlles units per la placa d’acoblament, fins a omplir-los del tot. A continuació s’introdueixen els motlles en banys d’acetona a temperatures de -75 Cº de manera que el mercuri que solidifica a -40Cº, queda completament sòlid.

3. Es treuen els motlles dels banys, es separen de la placa d’acoblament i es treuen els mitjos motlles de mercuri sòlid, que es posen en contacte i queden soldats sense necessitat de cap adhesiu

4. A continuació es submergeix el model de mercuri sòlid en banys de ceràmica líquida, mantingudes a temperatures inferiors a la de congelació del mercuri, amb lo qual es recobreix aquest amb una capa de ceràmica de 3 a 6 mm.

5. S’escalfa el model de mercuri recobert fins a temperatura ambient, de forma que el mercuri s’evacua i el recobriment queda formant el motlle.

6. Aquest motlles es couen a temperatures elevades, adquirint les qualitats de la porcellana, amb superfícies extraordinàriament llises, que donen lloc a un excel·lent acabat superficial a la peça emmotllada.

7. El motlle ceràmic es col·loca en una caixa de model i s’envolta de sorra. A continuació s’escalfa el conjunt fins a temperatura de colada, de manera que es facilita la l’operació d’omplir el motlle.

8. Després del refredament controlat, es trenca el revestiment ceràmic, i queda la peça emmotllada amb una precisió extraordinària.

16


EMMOTLLAT EN COQUILLA

S’anomenen coquilles als motlles metàl·lics que substitueixen amb molts avantatges als de sorra, quan es tracta de fabricar grans sèries d’una mateixa peça. Les coquilles es composen de dues parts principals: el cos del motlle que dona la forma exterior de la peça i els nuclis o mascles, que reprodueixen les cavitats o entrants de les peces; aquests últims poden ser metàl·lics o de sorra.

COS DEL MOTLLE

Els cossos dels motlles més senzills estan formats, sense considerar els nuclis per dues o més parts. Cada una d’aquestes parts, separades per una junta de superfície vertical, s’anomenen plaques. La part horitzontal, quan existeix, s’anomena plantilla o pedestal. La plantilla a més de tancar el motlle per la part inferior, serveix de suport i guia de les plaques. Si les peces són de formes complexes, els cossos del motlle es composen de diverses plaques, disposades en pisos. Cada part del motlle està fabricada habitualment amb diversos elements units per cargols o passadors. Això es fa així, tant per facilitar la fabricació de les peces, com per facilitar la sortida de l’aire, i reduir la deformació per canvis de temperatura. Sempre que sigui possible, es faran coincidir les juntes de les plaques amb arestes de les peces, per evitar les marques de les línies. Els abeuradors es disposen sobre les juntes entre les parts que composen el cos del motlle, o entre el motlle i el nucli.

El material més utilitzat en la fabricació del cos dels motlles, és la fosa gris de gra fi. Els cossos de motlles petits, s’obtenen per mecanització de blocs de fossa. Si els cossos dels motlles són de grans dimensions, s’obtenen en bast per emmotllat en sorra, i després es mecanitzen fins a la seva forma i dimensions exactes. De vegades per la fabricació del cos de motlles petits, es fa servir l’acer dolç o semi-dolç de 0.5% de Carboni, però aquest té l’inconvenient de que és atacat per l’alumini, i que té tendència a deformar-se per l’acció de la temperatura. Una vegada acabats els motlles, siguin del material que siguin, se’ls ha de fer un tractament d’estabilització.

NUCLIS DE LES COQUILLES

Els nuclis que reprodueixen les cavitats i entrants poden ser metàl·lics, de sorra ordinària, o emmotllats en closca. En un mateix motlle, i poden haver nuclis de tots els materials.

Els nuclis metàl·lics han de ser de forma lleugerament cònica per facilitar la seva extracció. De totes maneres, es indispensable que hi hagi cert joc entre el nucli i l’assentament d’aquest en el cos del motlle per absorbir les diferents dilatacions dels materials, a més el joc facilita la sortida de gasos. De vegades, els nuclis es fabriques de diverses peces, que es desmunten lliscant les unes sobre les altres en un ordre establert. En motlles i mascles que s’accionen a mà, porten uns mànecs. Per a motlles grans o complexes, l’accionament dels nuclis, es fa a través d’accionaments mecànics o pneumàtics. Els nuclis acostumen a ser d’acer semidur o d’acer al crom-vanadi si han de suportar esforços grans. Si els mascles són de dimensions considerables, es fan de fosa, i generalment no són massissos tot i que han de tenir les parets de gruixos uniformes.

17


Siguin del material que siguin, els nuclis han de rebre un tractament d’estabilització semblant al dels cossos dels motlles.

Els nuclis de sorra es fan servir en el cas que la fabricació del nucli metàl·lic sigui difícil, o quan l’aliatge a fondre sigui fràgil a la temperatura i es vulguin evitar riscos de fissures. Els nuclis de sorra no tenen la mateixa precisió que els metàl·lics, i la seva utilització comporta una sèrie de precaucions a l’hora d’evacuar els gasos, i d’evitar la disgregació del mateix en el moment d’omplir el motlle.

ORGANS DE MANIOBRA

A més dels elements fonamentals, el cos i els nuclis, les coquilles també han de portar uns òrgans o accessoris per al tancament i ajustat de les plaques entre si, i per al desemmotllat. Les plaques queden ajustades i pressionades per mitjà de pinces, ganxos, lleves o cargols. Els nuclis no s’immobilitzen, a no ser que existeixi el risc de que es desprenguin al vascular la coquilla. Per tal de facilitar el desemmotllat, algunes coquilles porten un dispositiu expulsor per separar les plaques o desenganxar els nuclis. Aquests mecanismes expulsors encareixen el preu de la coquilla, però acceleren la producció i redueixen la mà d’obra. Quan s’han de fabricar grans sèries, es poden utilitzar màquines mecàniques o hidràuliques, que fan tots els moviments de tancament i obertura de la coquilla.

COLADA

La colada en les coquilles, igual que en els motlles de sorra verda, pot ser directa o per dalt, en font o per el costat.

En molts casos, la colada es fa amb el motlle inclinat, i a mesura que es va omplint, es va adreçant progressivament. Amb això s’obté una introducció més lenta del metall, i per tant una colada més tranquil·la i menys exposada a defectes. Aquest moviment d’inclinació, es fa amb unes taules vasculants.

En coquilles de formes complexes, es pot facilitar la colada, imprimint al motlle una vibració de molt poca amplitud. També es facilita l’omplerta del motlle per aspiració produïda al fons mitjançant una bomba.

Per tal de protegir els motlles de la fricció i corrosió del metall fos, i facilitar el seu lliscament i el desemmotllat, es fan servir diversos tipus de lubricants que poden agrupar-se en dues classes:

1. Els lubricants bons conductors de calor, a base de grafit col.loïdal2. Els lubricants mals conductors del calor, com pot ser el talc o el blanc

d’EspanyaSi els aliatges són sensibles a les fissures, es fan servir lubricants mals

conductors, per tal de retardar el refredament. Però si els metalls són poc sensibles a la producció de fissures, es fan servir lubricant a base de grafit que donen millor protecció a les parets del motlle.

18


També es pot disminuir el risc de les fissures colant en coquilla calenta, d’acord amb la regla general que aconsella colar el metall bastant fred en motlle calent. La temperatura a la que s’ha d’escalfar el motlle podrà arribar a ser la del metall fos quan aquest sigui molt sensible a l’aparició d’esquerdes.

En alguns casos resulta convenient refredar els mascles després de cada desemmotllat. Això es fa generalment submergint aquest mascles (quan són metàl·lics) en dipòsits d’aigua.

CONDICIONS D’UTILITZACIÓ DE LES COQUILLES

Abans de posar en producció una nova coquilla, han de determinar-se amb la major exactitud possible les condicions més adequades per la seva utilització, per tal d’evitar pèrdues per peces defectuoses i endarreriments en la producció.

Les principals condicions que s’han de precisar són: Lubricants a utilitzar. Temperatura de colada del metall. Temperatura de treball de la coquilla. Forma i velocitat de la colada. Ordre i cadència de les operacions de desemmotllat. Refredament del nuclis.

AVENTATGES DE L’EMMOTLLAT EN COQUILLA

1. S’aconsegueix més precisió en les cotes de les peces que amb els motlles de sorra.

2. Es poden reduir els creixos que s’han de deixar per posteriors mecanitzacions.3. Les contraccions lineals són més petites.4. En les coquilles, és més fàcil d’insertar-hi parts metàl·liques.5. El maneig és més senzill.6. Per a sèries grans (més de 1000), resulta més econòmic.

INCONVENIENTS DE L’EMMOTLLAT EN COQUILLA

1. L’elevat cost de les coquilles i dels accessoris.2. El temps i el cost de la posada en funcionament de la coquilla.

FOSA A PRESSIÓ

19


La fosa a pressió es diferencia dels processos de fosa per gravetat, en que la colada és injectada a l’interior del motlle per mitjà d’una pressió deguda a una força externa. Hi ha dos tipus principals de fosa a pressió, la fosa centrifugada i la fosa a pressió genèrica.

FOSA CENTRIFUGADA

La colada en la fosa centrifugada es realitza fent girar el motlle al voltant d’un eix vertical o horitzontal, amb la força centrifuga obliga el metall fos a omplir totes les cavitats del motlle. Aquest procediment es fa servir sobretot per a emmotllar peces de revolució com per exemple tubs, sense necessitat de mascles o nuclis, ja que la força centrifuga projecta el metall fos sobre les parets del motlle, formant un tub, el gruix del qual serà funció de la quantitat de metall colat.

A part de tubs, també es poden emmotllar per centrifugat, peces de qualsevol forma, situades en motlles simètrics en relació a un eix de gir. Els canals d’alimentació han de partir del centre de rotació.

Avantatges de la fosa centrifugada:

1. La pressió a que sotmet el metall la força centrifuga, produeix el mateix efecte que si s’augmentes la fluïdesa, i per tant es poden colar gruixos més petits que en les colades per gravetat.

2. Les peces obtingudes, són més sanes, amb menys esquerdes i menys bufats.3. La mida de gra del metall centrifugat, és més petit que el del mateix metall colat

per gravetat.

Inconvenients de la fosa centrifugada:1. Si la pressió necessària per omplir el motlle és massa gran, s’han de fer servir

motlles metàl·lics, ja que els de sorra no suporten més de 3 Kg/cm si és verda i 5 Kg/cm si és cuita.

2. No es poden colar per aquest procediment aliatges que:a. Tinguin un interval de solidificació molt gran.b. Tinguin una velocitat de refredament molt petita.c. Tinguin components amb densitats molt diferents.

La fosa centrifugada s’ha utilitzat molt, i encara es fa servir per la fabricació de tubs de ferro fos de grans dimensions per conducció de fluids, per la colada de camises de bronze de grans coixinets, i per a l’emmotllat de peces d’aliatges lleugers.

FOSA A PRESSIÓ

20


La fosa a pressió pròpiament dita, és aquella, la colada de la qual es realitza injectant a pressió el metall o l’aliatge, fos, en el motlle.

Aquest procediment permet fondre peces de formes complexes i d’arestes vives, impossibles d’obtenir en la fosa per colada per gravetat. A més, la superfície de les peces resulta neta i sense defectes, i el material, degut a la pressió, resulta més compacte i té les propietats mecàniques fins a un 20 % superiors.

MATRIUS PER FONDRE A PRESSIÓ

Els motlles utilitzats per la fosa a pressió s’anomenen matrius, són metàl·lics i guarden algunes semblances amb els motlles metàl·lics utilitzats per la fosa en coquilla per gravetat, però l’elevada pressió que han de resistir les matrius, exigeix la utilització de materials i de detalls constructius completament diferents que per les coquilles.

Les motlles de fosa a pressió o matrius, consten generalment de quatre elements principals:

1. Matriu fixa de coberta2. Matriu mòbil d’ejecció3. Placa d’ejecció4. Mascles.

MATRIU FIXA DE COBERTA

Està formada per un bloc d’acer rectangular que es fixa a la taula del a premsa de manera que el conducte de l’abeurador quedi connectat a la embocadura de la camera de pressió de la màquina. Aquesta matriu porta modelada una o varies cares exteriors de la peça, però mai ha de portar mascles o sortints, que aniran sempre en la matriu mòbil d’ejecció. La matriu fixa, porta els forats de centrat i el circuit de l’aigua de refrigeració.

MATRIU MÒBIL D’EJECCIÓ

Aquesta matriu, va fixada al carro de la màquina. Porta el sortint o mascle principal de la peça al que quedarà agafada i del que és extreta per les barres d’ejecció. També porta els canals de colada, i el circuit de l’aigua de refrigeració.

PLACA D’EJECCIÓ

Aquesta placa està situada entre la matriu d’ejecció i el carro de la màquina, i porta els dispositius d’extracció de la peça.

MASCLES

Totes les parts de la peça a fondre que han de quedar buits, com forats, entrants, rebuidats etc... s’han d’obtenir amb nuclis o mascles. A diferencia de l’emmotllat en sorra, en que els mascles es destruïen, en el cas dels mascles de les matrius, aquests

21


s’han de retirar automàticament al obrir-se el motlle alliberant la peça per que pugui ser separada de la matriu mòbil per les barres d’ejecció.

MATERIALS PER LA CONSTRUCCIÓ DE MATRIUS.

Les matrius per la fosa a pressió es fabriquen amb acer, per tal de que puguin resistir les pressions d’injecció, els esforços provocats per la contracció i dilatació del metall i el fregament dels metalls fosos. La composició de l’acer amb que es fabriquen les matrius, varien en funció de l’aliatge que s’ha d’emmotllar.

MAQUINES PER LA FOSA A PRESSIÓ.

La fosa a pressió s’efectua sempre amb l’ajuda de màquines, que porten a terme de manera automàtica les següents operacions:

1. Tanquen la matriu i col·loquen els mascles en posició.2. Injecten el metall a la pressió necessària.3. Obren la matriu i extreuen els mascles i les peces foses.

El metall o aliatge fos pot ser injectat a través d’abeuradors, segons si la màquina és de camera calenta o camera freda per els següents procediments:

Injecció per èmbolMàquines de camera calenta

Injecció per aire comprimit

Camera de pressió horitzontalMàquines de camera freda

Camera de pressió vertical

MÀQUINES DE CAMERA CALENTA:

En aquestes màquines la camera de pressió que està situada en el mateix forn, és mòbil i per mitjà d’un sistema de palanques pot omplir-se de metall fos en el gresol del forn, i després ajustar la seva embocadura a l’abeurador per injectar el metall per aire comprimit o per mitjà d’un èmbol.

La injecció per aire comprimit es realitza injectant aire en la camera per mitjà d’un compressor i un conducte adequat. Aquest sistema és senzill, però no permet utilitzar pressions de més de 50 Kg/cm.

La injecció per èmbol es realitza amb la camera a pressió fixa en el fons del gresol. Aquesta camera disposa d’un cilindre per el que es desplaça l’èmbol, que al baixar accionat per palanques, impulsa el metall a l’abeurador. Amb aquest sistema s’aconsegueixen pressions de 300 Kg/cm.

22


MÀQUINES DE CAMERA FREDA

En aquest tipus de màquines, el forn està completament separat de la màquina. El metall fos es porta des de el gresol del forn fins al sistema d’injecció que sempre és d’èmbol amb culleres. Aquestes màquines es poden construir amb l’eix vertical o horitzontal, aconseguint pressions de fins a 3000 Kg/cm.

Les màquines que es fan servir més, són les de camera calenta amb injecció per èmbol per emmotllar aliatges de plom, estany i petites peces de zenc. Són màquines molt ràpides.

Les màquines de camera freda, generalment d’èmbol horitzontal, es fan servir principalment per fondre aliatges d’alumini, en estat pastós per que no ataqui l’acer de la camera, i aliatges de magnesi i peces grans d’aliatges de zenc.

Les màquines més modernes realitzen totes les operacions en cicles completament automatitzats.

ALIATGES FOSOS A PRESSIÓ

Per fondre a pressió es fan servir exclusivament aliatges no fèrrics, principalment de plom, estany, alumini i magnesi. Els aliatges de coure es fan servir poc, per el seu elevat punt de fusió.

Quan existeixen zones de peces de fosa per injecció que han de ser més dures o resistents al desgast, com per exemple rosques, es resol el problema inserint en el motlle peces de metall més dur, que queden formant part de la peça una vegada fosa.

APLICACIONS DE FOSA A PRESSIÓ

La fosa a pressió es fa servir per la fabricació de peces de grans sèries per a un gran nombre de construccions industrials com: cossos de carburadors, bombes de volants, blocs motor, peces de màquines d’escriure, de cosir, carcasses de motors elèctrics, peces de serralleria etc..

AVANTATGES DE LA FOSA A PRESSIÓ

1. Es poden fondre peces de formes complexes i arestes vives.2. S’obtenen peces lliures de defectes, amb gran precisió de mides, que poden

utilitzar-se sense mecanitzat posterior.3. Les propietats mecàniques de les peces obtingudes per fosa són un 20 %

superiors a les del mateix metall colat per altres processos.4. La fabricació resulta econòmica per el reduït temps de cicle de fabricació.

23


INCONVENIENTS DE LA FOSA A PRESSIÓ

1. Les matrius són molt costoses, fet que fa que no es puguin utilitzar per series mitges i petites.

2. La mida de les peces està limitada per la potència de les premses de les màquines de fosa a pressió.

3. Poden aconseguir-se gruixos, depenent de l’aliatge, de fins a dècimes de mil·límetre, tot i que no es aconsellable fondre peces amb parets de gruixos irregulars.

24

1 CONFORMACIÓ PER EMMOTLLAT

Documents

Transcript of 1 CONFORMACIÓ PER EMMOTLLAT