FUNDICION

Se denomina fundicin y tambin esmelter al proceso de fabricacin de piezas, comnmente metlicas pero tambin de plstico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

El proceso ms tradicional es la fundicin en arena, por ser sta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesin y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.

La fundicin en arena consiste en colar un metal fundido, tpicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latn y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

Para la fundicin con metales como el hierro o el plomo, que son significativamente ms pesados que el molde de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para prevenir un problema conocido como "flotacin del molde", que ocurre cuando la presin del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde, causando que el proceso no se lleve a cabo de forma satisfactoria.

TIPOS DE FUNDICION

Fundicin en arena

Para producir un molde la fundicin de arena se comprime esta sobre un modelo de la pieza.

Luego se quita el modelo. Una abertura llamada bebedero esta conectada con la cavidad por canales de conducto.

El metal fundido se vierte por el bebedero y entra en la cavidad controlado por la amplitud de la boca de ingreso.

Los modelos se hacen en maderas o metal ; el primero es para series limitadas al igual que para modelos muy grandes, en tanto que le segundo (metal) se hace en aluminio (mas usado) o magnesio, pero estos son difciles de lograr con exactitud y detalle.

Fundicin en molde permanente

Fundicin sin presin en molde permanente

La mayora de la piezas por este proceso se hacen con aleaciones a base de aluminio magnesio o cobre ; as como tambin de fundicin de hierro o acero.

Es necesario mantener a estos moldes a una temperatura alta y uniforme para evitar un enfriamiento rpido del metal.

En general es necesario recubrir las superficies de la cavidad con una fina lechada de refractario para evitar la adherencia y as prolongar la vida til del molde. Cuando se cuela fundiciones de hierro, se agrega una pelcula adicional de negro de humo por llama de acetileno.

Un molde de metal ofrece gran resistencia a la contraccin de la fundicin y solo se pueden colar formas simples. Los ncleos para fundicin de hierro en molde permanente se hacen de arena seca.

Fundicin en Matriz

La fundicin en matriz difiere de la de molde permanente comn en dos aspectos :

solo materiales no ferrosos

el metal es forzado dentro del molde a presin

Se obtienen secciones delgadas, buen acabado y larga

vida til de los moldes.

Se utilizan aleaciones a base de zinc, cobre y aluminio.

Fundicin por centrifugado

Utiliza la fuerza centrifuga para forzar el material fundido dentro de la matriz, el cual gira axialmente a entre 300 y 3000 RPM, mientras se introduce el metal fundido.

Generalmente la forma exterior es redonda pero pueden ser hexagonales o de formas simtricas. En este tipo de fundicin no se necesita molde ni ncleo para generar el interior de la colada. Cuando se usa un eje horizontal la superficie interior es siempre cilndrica, en tanto si es vertical la superficie interior es una seccin de parbola.

Fundicin por revestimiento

Los pasos bsicos son :

Modelo patrn en metal madera o plstico

Produccin de una matriz patrn a partir del modelo (aleacin o acero)

Producir modelos de cera por inyeccin o presin de cera en la matriz

Unir los modelos de cera a un bebedero comn de cera obteniendo un racimo

Recubrir el racimo con una fina capa de material de revestimiento esto se logra sumergiendo este en una lechada de refractario finamente molido.

Fundicin en molde de escayola

El molde es de yeso con el agregado de talco para evitar que se quiebre, mas un agregado de un 25% de fibra para aumentar la resistencia.

Solo se utiliza este proceso para materiales de bajo punto de fusin como magnesio aluminio latn y bronce.

Diseo del modelo

La fundicin en arena requiere un modelo a tamao natural de madera, plstico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formar la cavidad interna en el molde.

En lo que atae a los materiales empleados para la construccin del modelo, se puede emplear desde madera o plsticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.

Para el diseo del modelo se debe tener en cuenta una serie de medidas derivadas de la naturaleza del proceso de fundicin:

Debe ser ligeramente ms grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contraccin de la misma una vez se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reduccin depende del material empleado para la fundicin.

A esta dimensin se debe dar una sobremedida en los casos en el que se d un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.

Las superficies del modelo debern respetar unos ngulos mnimos con la direccin de desmoldeo (la direccin en la que se extraer el modelo), con objeto de no daar el molde de arena durante su extraccin. Este ngulo se denomina ngulo de salida. Se recomiendan ngulos entre 0,5 y 2.

Incluir todos los canales de alimentacin y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.

Si es necesario incluir portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocacin del macho.

Los moldes, generalmente, se encuentran divididos en dos partes, la parte superior denominada cope y la parte inferior denominada draga que se corresponden a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Los moldes se pueden distinguir:

Moldes de arena verde: estos moldes contienen arena hmeda.

Moldes de arena fra: usa aglutinantes orgnicos e inorgnicos para fortalecer el molde. Estos moldes no son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son ms precisos dimensionalmente pero tambin ms caros que los moldes de arena verde.

Moldes no horneados: estos moldes no necesitan ser cocidos debido a sus aglutinantes (mezcla de arena y resina). Las aleaciones metlicas que tpicamente se utilizan con estos moldes son el latn, el hierro y el aluminio.

ETAPAS DEL MOLDEO

Las etapas que se diferencian en la fabricacin de una pieza metlica por fundicin en arena comprende:

Compactacin de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarn perfectamente.

Actualmente se realiza el llamado moldeo mecnico, consistente en la compactacin de la arena por medios automticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidrulicos o neumticos.

Colocacin del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, ser necesario disponer machos, tambin llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser ms resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocacin en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricacin de una pieza y tambin su coste.

Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a travs de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentacin. Estos sern eliminados una vez solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a travs de la arena permeable.

Enfriamiento y solidificacin. Esta etapa es crtica de todo el proceso, ya que un enfriamiento excesivamente rpido puede provocar tensiones mecnicas en la pieza, e incluso la aparicin de grietas, mientras que si es demasiado lento disminuye la productividad. Adems un enfriamiento desigual provoca diferencias de dureza en la pieza. Para controlar la solidificacin de la estructura metlica, es posible localizar placas metlicas enfriadas en el molde. Tambin se puede utilizar estas placas metlicas para promover una solidificacin direccional. Adems, para aumentar la dureza de la pieza que se va a fabricar se pueden aplicar tratamientos trmicos o tratamientos de compresin.

Desmolde. Rotura del molde y extraccin de la pieza. En el desmolde tambin debe retirarse la arena del macho. Toda esta arena se recicla para la construccin de nuevos moldes.

Desbarbado. Consiste en la eliminacin de los conductos de alimentacin, mazarota y rebarbas procedentes de la junta de ambas caras del molde.

Acabado y limpieza de los restos de arena adheridos. Posteriormente la pieza puede requerir mecanizado, tratamiento trmico, etc.

TIPOS DE MOLDEO

La precisin de la pieza fundida est limitada por el tipo de arena y el proceso de moldeo utilizado. La fundicin hecha con arena verde gruesa proporcionar una textura spera en la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena seca produce piezas con superficies mucho ms lisas.

Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o recubiertas con un residuo de xidos, silicatos y otros compuestos que posteriormente se eliminaran mediante distintos procesos, entre ellos el granallado.

Moldeo en arena verde. La arena verde es una mezcla de arena de slice, arcilla, humedad y otros aditivos. Este moldeo consiste en la elaboracin del molde con arena hmeda y colada directa del metal fundido. Es el mtodo ms empleado en la actualidad, con todo tipo de metales, y para piezas de tamao pequeo y medio.

No es adecuado para piezas grandes o de geometras complejas, ni para obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducidas.

Moldeo en arena qumico. Consiste en la elaboracin del molde con arena preparada con una mezcla de resinas, el fraguado de estas resinas puede ser por un tercer componente lquido o gaseoso, o por autofraguado. De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamao y mejor acabado superficial.

Moldeo en arena seca. La arena seca es una mezcla de arena de slice seca, fijada con otros materiales que no sea la arcilla usando adhesivos de curado rpido. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300C). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamao, geometras ms complejas y con mayor precisin dimensional y mejor acabado superficial.

Moldeo mecnico. Consiste en la automatizacin del moldeo en arena verde. La generacin del molde mediante prensas mecnicas o hidrulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde.

Moldeo Horizontal. A finales de los aos 50 los sistemas de pistones alimentados hidrulicamente fueron usados para la compactacin de la arena en los moldes. Estos mtodos proporcionaban mayor estabilidad y precisin en los moldes. A finales de los aos '60 se desarroll la compactacin de los moldes con aire a presin lanzado sobre el molde de arena precompactado.

La mayor desventaja de estos sistemas es la gran cantidad de piezas de repuesto que se consumen debido a la multitud de partes mviles, adems de la produccin limitada unos 90-120 moldes por hora.

Moldeo vertical. En 1962 la compaa danesa Dansk Industri Syndikat (DISA)

implement una ingeniosa idea de moldeo sin caja aplicando verticalmente presin. Las primeras lneas de este tipo podran producir 240 moldes por hora y hoy en da las ms modernas llegan a unos 550 moldes por hora. Aparte de la alta productividad, de los bajos requerimientos de mano de obra y de las precisiones en las dimensiones, este mtodo es muy eficiente.

Moldeo en arena matchplate. Este mtodo fue desarrollado y patentado en 1910. Sin embargo, no fue hasta principio de los aos '60 cuando la compaa americana Hunter Automated Machinery Corporation lanz su primera lnea basada en esta tecnologa. El mtodo es similar al mtodo vertical. El principal proveedor es DISA y actualmente este mtodo es ampliamente utilizado, particularmente en Estados Unidos, China y la India. Una gran ventaja es el bajo precio de los modelos, facilidad para cambiar las piezas de los moldes y adems, la idoneidad para la fabricacin de series cortas de piezas en la fundicin.

Moldeo a la cera perdida o microfusin. En este caso, el modelo se fabrica en cera o plstico. Una vez obtenido, se recubre de una serie de dos capas, la primera de un material que garantice un buen acabado superficial, y la segunda de un material refractario que proporciones rigidez al conjunto. Una vez que se ha completado el molde, se calienta para endurecer el recubrimiento y derretir la cera o el plstico para extraerla del molde en el que se verter posteriormente el metal fundido.

Ciclo de moldeo

En el ciclo de moldeo se distinguen 6 pasos principales (aunque algunos autores llegan a distinguir hasta 9 pasos):

1. Molde cerrado y vaco. La unidad de inyeccin carga material y se llena de polmero fundido.

2. Se inyecta el polmero abrindose la vlvula y, con el husillo que acta como un pistn, se hace pasar el material a travs de la boquilla hacia las cavidades del molde.

3. La presin se mantiene constante para lograr que la pieza tenga las dimensiones adecuadas, pues al enfriarse tiende a contraerse.

4. La presin se elimina. La vlvula se cierra y el husillo gira para cargar material; al girar tambin retrocede.

5. La pieza en el molde termina de enfriarse (este tiempo es el ms caro pues es largo e interrumpe el proceso continuo), la prensa libera la presin y el molde se abre; las barras expulsan la parte moldeada fuera de la cavidad.

6. La unidad de cierre vuelve a cerrar el molde y el ciclo puede reiniciarse.

MODELO POR INYECCION

En ingeniera, el moldeo por inyeccin es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polmero, cermico o un metal1 en estado fundido (o ahulado) en un molde cerrado a presin y fro, a travs de un orificio pequeo llamado compuerta. En ese molde el material se solidifica, comenzando a cristalizar en polmeros semicristalinos. La pieza o parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza moldeada.

El moldeo por inyeccin es una tcnica muy popular para la fabricacin de artculos muy diferentes. Slo en los Estados Unidos, la industria del plstico ha crecido a una tasa de 12% anual durante los ltimos 25 aos, y el principal proceso de transformacin de plstico es el moldeo por inyeccin, seguido del de extrusin. Un ejemplo de productos fabricados por esta tcnica son los famosos bloques interconectables LEGO y juguetes Playmobil, as como una gran cantidad de componentes de automviles, componentes para aviones y naves espaciales.

Los polmeros han logrado sustituir otros materiales como son madera, metales, fibras naturales, cermicas y hasta piedras preciosas; el moldeo por inyeccin es un proceso ambientalmente ms favorable comparado con la fabricacin de papel, la tala de rboles o cromados. Ya que no contamina el ambiente de forma directa, no emite gases ni desechos acuosos, con bajos niveles de ruido. Sin embargo, no todos los plsticos pueden ser reciclados y algunos susceptibles de ser reciclados son depositados en el ambiente, causando daos al medio ambiente.

INSTITUTO TECNOLOGICO DE LOS MOCHIS

MATERIA: PROCESOS DE MANOFACTURA

TEMA: PROCESOS SIN ARRANQUE DE VIRUTA EN MATERIALES

METALICOS Y NO METALICOS

ALUMNO: ALEJANDRO RODRIGUEZ ATIENZO

11440682

MAESTRO: ANGENL ORTIZ

FECHA: 04/11/12