06 manufactura

8/3/2019 06 manufactura

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Concepto de manufacturaSe pueden dar dos definiciones:

1. Manufactura. "Obra hecha a mano o con eauxilio de mquina.// 2. Lugar donde se fabrica(diccionario de la lengua espaola de la rea

academia de la lengua)2. Manufactura. (DEFINICIONES DE MANUFACTURAOBTENIDAS POR LOS ALUMNOS DEL GRUPO)

Conjunto de actividades organizadas y programadas para la transformacin dmateriales, objetos o servicios en artculos o

servicios tiles para la sociedad.

Manufactura y el ingeniero industrialEl ingeniero industrial observa a la manufactura comoun mecanismo para la transformacin de materialeen artculos tiles para la sociedad. Tambin econsiderada como la estructuracin y organizacin de

acciones que permiten a un sistema lograr una tareadeterminada.

Clasificacin de los procesos de manufactura

Procesos quecambian la forma delmaterial

Metalurgia extractiva

FundicinFormado en fro ycalienteMetalurgia de polvosMoldeo de plstico

Procesos queprovocan

Mtodos demaquinado


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desprendimiento deviruta por medio demquinas

convencionalMtodos demaquinado especial

Procesos que

cambian lassuperficies

Con desprendimientode virutaPor pulidoPor recubrimiento

Procesos para elensamblado demateriales

Uniones permanentesUniones temporales

Procesos para

cambiar laspropiedades fsicas

Temple de piezasTemple superficial

Criterios de la produccin con fines de laefectividad

Proyecto Diseos funcionales quepermitan la manufacturacalculada y controlada.

Materiales Seleccin de losmateriales adecuados yeconmicamenteaceptables.

Procesos de

manufactura

Sistemas para la

transformacin de losmateriales con la calidadadecuada, considerandolas necesidades delcliente, de maneraeficiente y econmica.


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Factorhumano

MotivacinTratoFacilidadCapacitacinSeguridad

Procesoadministrativo

PlaneacinIntegracinOrganizacinDireccinControl

Diagramas de procesos de manufactura

Todo ingeniero industrial debe tener la capacidad de larepresentacin sinttica de las actividades deproduccin o de organizacin por medio de diagramasen los que se muestren todas las acciones que dancomo resultado productos o servicios de una

organizacin.

Diagrama de proceso es la representacin grfica delas acciones necesarias para lograr la operacin de unproceso.

El ingeniero industrial y los procesos demanufacturaUnas de las caractersticas de los IngenieroIndustriales es que:

Tienen claros sus objetivos Aplican de manera efectiva el proceso

administrativo


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Se debe considerar que al ingeniero industrial linteresa conocer adems de la forma en que operauna mquina herramienta, su capacidad deproduccin, debido a que su objetivo es laprogramacin y el rendimiento.

Efectividad y EficienciaEficiencia: La relacin numrica que existe entre lcantidad lograda por un sistema y la mxima cantidadque dicho sistema pueda lograr.

Efectividad a: La estimacin del cumplimiento dobjetivos, fines o funciones de un sistema o proceso

sin que exista evaluacin numrica o estndarepredeterminados.


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Naturaleza y propiedades de los materiales

Clasificacin de los materialesLa manera ms general de clasificacin de lomateriales es la siguiente:

a. Metlicos Ferrosos No ferrosos

b. No metlicos Orgnicos Inorgnicos

Metales FerrososLos metales ferrosos como su nombre lo indica sprincipal componente es el fierro, sus principalecaractersticas son su gran resistencia a la tensin ydureza. Las principales aleaciones se logran con eestao, plata, platino, manganeso, vanadio y titanio.

Los principales productos representantes de lomateriales metlicos son:

Fundicin de hierro gris Hierro maleable Aceros Fundicin de hierro blanco

Su temperatura de fusin va desde los 1360C hastalos 1425C y uno de sus principales problemas es lacorrosin.

Metales no FerrososPor lo regular tienen menor resistencia a la tensin ydureza que los metales ferrosos, sin embargo su


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resistencia a la corrosin es superior. Su costo es altoen comparacin a los materiales ferrosos pero con eaumento de su demanda y las nuevas tcnicas dextraccin y refinamiento se han logrado abaticonsiderablemente los costos, con lo que su

competitividad ha crecido notablemente en los ltimoaos.Los principales metales no ferrosos utilizados en lmanufactura son:

Aluminio Cobre

Magnesio Nquel Plomo Titanio Zinc

Los metales no ferrosos son utilizados en lamanufactura como elementos complementarios de lo

metales ferrosos, tambin son muy tiles comomateriales puros o aleados los que por supropiedades fsicas y de ingeniera cubredeterminadas exigencias o condiciones de trabajo, poejemplo el bronce (cobre, plomo, estao) y el latn(cobre zinc).

Materiales no Metlicosa. Materiales de origen orgnicob. Materiales de origen inorgnico

Materiales orgnicos


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Son as considerados cuando contienen clulas dvegetales o animales. Estos materiales puedeusualmente disolverse en lquidos orgnicos como ealcohol o los tetracloruros, no se disuelven en el aguay no soportan altas temperaturas. Algunos de lo

representantes de este grupo son: Plsticos Productos del petrleo Madera Papel Hule

PielMateriales de origen inorgnicoSon todos aquellos que no proceden de clulaanimales o vegetales o relacionadas con el carbn. Polo regular se pueden disolver en el agua y en generaresisten el calor mejor que las sustancias orgnicasAlgunos de los materiales inorgnicos ms utilizado

en la manufactura son: Los minerales El cemento La cermica El vidrio El grafito (carbn mineral)

Los materiales sean metlicos o no metlicosorgnicos o inorgnicos casi nunca se encuentran enel estado en el que van a ser utilizados, por lo regulaestos deben ser sometidos a un conjunto de procesopara lograr las caractersticas requeridas en tareaespecficas. Estos procesos han requerido de


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desarrollo de tcnicas especiales muy elaboradas quehan dado el refinamiento necesario para cumplir corequerimientos prcticos. Tambin estos procesoaumentan notablemente el costo de los materialestanto que esto puede significar varias veces el costo

original del material por lo que su estudio yperfeccionamiento repercutirn directamente en ecosto de los materiales y los artculos que integraran.

Los procesos de manufactura implicados en laconversin de los materiales originales en materiale

tiles para el hombre requieren de estudios especialepara lograr su mejor aplicacin, desarrollo ydisminucin de costo. En la ingeniera latransformacin de los materiales y sus propiedadetienen un espacio especial, ya que en casi todos locasos de ello depender el xito o fracaso del uso deun material.

Propiedades de los metalesLas principales propiedades de los materiales incluyendensidad, presin de vapor, expansin trmicaconductividad trmica, propiedades elctricas ymagnticas, as como las propiedades de ingeniera.En los procesos de manufactura son de granimportancia las propiedades de ingeniera, de las quedestacan las siguientes:

Resistencia a la tensin Resistencia a la compresin Resistencia a la torsin Ductilidad


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Prueba al impacto o de durabilidad Dureza

Cada una de las propiedades antes sealadas requierede un anlisis especfico y detallado, lo que se da enasignaturas como las de ciencia de materiales y

resistencia de materiales. A continuacin slo sepresentan algunas de sus principales caractersticas.

Resistencia a la tensinSe determina por el estirado de los dos extremos deuna probeta con dimensiones perfectamente

determinadas y con marcas previamente hechas.

Al aplicar fuerza en los dos extremos se mide ladeformacin relacionndola con la fuerza aplicadhasta que la probeta rebasa su lmite de deformacinelstica y se deforma permanentemente o se rompe.Los resultados de las pruebas de resistencia a la

tensin se plasman en series de curvas que describenel comportamiento de los materiales al ser estirados.

Varias de las caractersticas de ingeniera seproporcionan con relacin a la resistencia a la tensinAs en algunas ocasiones se tienen referencias comolas siguientes:

La resistencia al corte de un material egeneralmente el 50% del esfuerzo a la tensin.

La resistencia a la torsin es alrededor del 75% dela resistencia a la tensin.


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La resistencia a la compresin de materialerelativamente frgiles es de tres o cuatro veces laresistencia a la tensin.

En los siguientes diagramas se muestran algunos de

los procedimientos comunes para aplicar las pruebade resistencia al corte, la compresin, la fatiga odurabilidad, el impacto, la torsin y de dureza.

DurezaPor lo regular se obtiene por medio del mtododenominado resistencia a la penetracin, la cuaconsiste en medir la marca producida por unpenetrador con caractersticas perfectamentedefinidas y una carga tambin definida; entre m


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profunda es la marca generada por el penetrador demenor dureza es el material.

Existen varias escalas de dureza, estas dependen detipo de penetradores que se utilizan y las normas que

se apliquen. Las principales pruebas de dureza soRockwell, Brinell y Vickers.

Las dos primeras utilizan penetradores con cargapara generar marcas en los metales a probarposteriormente se mide la profundidad de las marcas

En algunas publicaciones se considera a la pruebRockwell como la prueba del sistema ingls y a lBrinell como la del sistema mtrico. (observe latablas de relacin de durezas)

Produccin de metales ferrosos

Produccin del hierro y el aceroEl diagrama general de la fusin primaria del hierrointegra a la mayora de las actividades que sedesarrollan en el proceso productivo.


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El 90% de todos los metales fabricados a escalamundial son de hierro y acero. Los procesos para laobtencin de hierro fueron conocidos desde el ao1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro

son:Hematita(mena roja)

70% dehierro

Magnetita(menanegra)

72.4%de hierro

Siderita(mena cafpobre)

48.3%de hierro

Limonita(mena caf)

60-65%de hierro


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La mena caf es la mejor para la produccin de hierroexisten grandes yacimientos de este mineral eEstados Unidos y en Suecia. En todo el mundo sepueden encontrar grandes cantidades de pirita, perono es utilizable por su gran contenido de azufre.

Para la produccin de hierro y acero son necesariocuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro2. Coque3. Piedra caliza

4. Aire

Los tres primeros se extraen de minas y sotransportados y prepararlos antes de que seintroduzcan al sistema en el que se producir earrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenidode carbn no est controlado y la cantidad de azufrerebasa los mnimos permitidos en los hierrocomerciales. Sin embargo es el producto de unproceso conocido como la fusin primaria del hierro ydel cual todos los hierros y aceros comercialeproceden.A la caliza, el coque y el mineral de hierro se leprepara antes de introducirse al alto horno para quetengan la calidad, el tamao y la temperaturaadecuada, esto se logra por medio del lavadotriturado y cribado de los tres materiales.


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Alto hornoEn general los altos hornos tienen un dimetro mayoa 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 mEstn revestidos de refractario de alta calidad.Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600

toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y emineral de hierro se introducen por la parte superiodel horno por medio de vagones que son volteados enuna tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, senecesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y

4000 toneladas de aire caliente.Con la inyeccin de aire caliente a 550C, se reduce econsumo de coque en un 70%. Los sangrados dehorno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada toneladade hierro se produce 1/2 de escoria.


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Reduccin directa del mineral de hierro

Para la produccin del hierro tambin se puede utilizael mtodo de reduccin directa, el que empleaagentes reactivos reductores como gas natural, coqueaceite combustible, monxido de carbono, hidrgeno ografito. El procedimiento consiste en triturar la menade hierro y pasarla por un reactor con los agentereductores, con lo que algunos elementos noconvenientes para la fusin del hierro son eliminadosEl producto del sistema de reduccin directa es ehierro esponja que consiste en unos pelets de minerade hierro los que pueden ser utilizados directamentepara la produccin de hierro con caractersticacontroladas.


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Diagrama de produccin de hierro esponja

Diferentes procesos de produccin de hierro yaceroUna vez obtenido el arrabio o el hierro esponja enecesario refinar al hierro para que se transforme enmaterial til para diferentes objetos o artefactos, o sea

en hierro o acero comercial. A continuacin sepresentan los principales procesos de fabricacin delos hierros y aceros comerciales.


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Proceso de pudeladoEl hierro dulce es un metal que contienen menos de0.01% de carbono y no ms de 0.003% de escoriaPara su obtencin se requiere del proceso conocidocomo pudelado, el que consiste en fundir arrabio y

chatarra en un horno de reverbero de 230 kg, estehorno es calentado con carbn, aceite o gas. Se elevala temperatura lo suficiente para eliminar pooxidacin el carbn, el silicio, y el azufre. Para eliminatodos los elementos diferentes al hierro, el horno depudelado debe estar recubierto con refractario de la

lnea bsica (ladrillos refractarios con magnesita yaluminio). El material se retira del horno en grandebolas en estado pastoso y el material producido seutiliza para la fabricacin de aleaciones especiales demetales. Existen otros procedimientos modernos comel llamado proceso Aston, en donde en lugar del hornode reverbero se usa un convertidor Bessemer con lo

que se obtienen mayor cantidad de material.

Hornos bessemerEs un horno en forma de pera que est forrado conrefractario de lnea cida o bsica. El convertidor secarga con chatarra fra y se le vaca arrabio derretidoposteriormente se le inyecta aire a alta presin con loque se eleva la temperatura por arriba del punto defusin del hierro, haciendo que este hierva. Con lanterior las impurezas son eliminadas y se obtieneacero de alta calidad. Este horno ha sido substituidopor el BOF, el que a continuacin se describe.


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Horno bsico de oxgeno (BOF)Es un horno muy parecido al Bessemer con la grandiferencia que a este horno en lugar de inyectar aire apresin se le inyecta oxgeno a presin, con lo que seeleva mucho ms la temperatura que en el Besseme

y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno sedebe a que tiene un recubrimiento de refractario de lalnea bsica y a la inyeccin del oxgeno. La carga dehorno est constituida por 75% de arrabio procedentedel alto horno y el resto es chatarra y cal. Latemperatura de operacin del horno es superior a lo

1650C y es considerado como el sistema meficiente para la produccin de acero de alta calidadEste horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer amediados de 1800, slo que como en esa poca laproduccin del oxgeno era cara se inici con lainyeccin de aire, con lo que surgi el convertidoBessemer, el que ya fue descrito.


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Horno de hogar abiertoEs uno de los hornos ms populares en los procesos deproduccin del acero. Un horno de este tipo puedecontener entre 10 y 540 toneladas de metal en su

interior. Tiene un fondo poco profundo y la flama dadirectamente sobre la carga, por lo que econsiderado como un horno de reverbero. Sucombustible puede ser gas, brea o petrleo, por loregular estos hornos tienen chimeneas laterales laque adems de expulsar los gases sirven para calentaal aire y al combustible, por lo que se consideran comohornos regenerativos.Los recubrimientos de los hornos de hogar abrierto polo regular son de lnea bsica sin embargo existetambin los de lnea cida ((ladrillos con slice yparedes de arcilla). Las ventajas de una lnea bsicade refractario, sobre una cida son que con la primera


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se pueden controlar o eliminar el fsforo, el azufre, esilicio, el magnesio y el carbono y con la lnea cidaslo se puede controlar al carbono. El costo de la lneabsica es mayor que el de la cida.

Los hornos de hogar abierto son cargados con arrabioen su totalidad o con la combinacin de arrabio y

chatarra de acero. El arrabio puede estar fundido o enestado slido. La primera carga del horno tarda 10 hen ser fundida y estar lista para la colada, pero si seagrega oxgeno se logra tener resultados en menos de7 h, adems de que se ahorra el 25% de combustible.

Horno de arco elctricoPor lo regular son hornos que slo se cargan conchatarra de acero de alta calidad. Son utilizados parala fusin de aceros para herramientas, de alta calidadde resistencia a la temperatura o inoxidablesConsiderando que estos hornos son para la produccin


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de aceros de alta calidad siempre estn recubiertocon ladrillos de la lnea bsica.Existen hornos de arco elctrico que pueden contenehasta 270 toneladas de material fundido. Para fundi115 toneladas se requieren aproximadamente tre

horas y 50,000 kwh de potencia. Tambin en estohornos se inyecta oxgeno puro por medio de unlanza.Los hornos de arco elctrico funcionan con treelectrodos de grafito los que pueden llegar a tene760mm de dimetro y longitud de hasta 12m. La

mayora de los hornos operan a 40v y la corrienteelctrica es de 12,000 A.Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa deacero forrado con refractario y su bveda es derefractario tambin sostenida por un cincho de aceropor lo regular enfriado con agua. Para la carga dehorno los electrodos y la bveda se mueven dejando

descubierto al crisol, en el que se deposita la cargapor medio de una gra viajera.Estos equipos son los ms utilizados en industrias detamao mediano y pequeo, en donde la produccindel acero es para un fin determinado, como varillacorrugada, aleaciones especiales, etc.


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Horno de refinacin

Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidadpuede ser cualquier horno al que por medio de aire uoxgeno se obtenga hierro con carbn controlado, sinembargo se pueden mencionar dos de los hornos mconocidos para este fin.

Horno de induccin

Utilizan una corriente inducida que circula por unabovina que rodea a un crisol en el cual se funde lacarga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina eenfriada por agua, la corriente es deaproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada poun sistema de motogenerador. Estos hornos se cargan


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con piezas slidas de metal, chatarra de alta calidad ovirutas metlicas. El tiempo de fusin toma entre 50 y90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Loproductos son aceros de alta calidad o con aleacioneespeciales.

Horno de aire o crisolEs el proceso ms antiguo que existe en la fundicintambin se le conoce como horno de aire. Este equipose integra por un crisol de arcilla y grafito, los que sonextremadamente frgiles, los crisoles se coloca

dentro de un confinamiento que puede contener algncombustible slido como carbn o los productos de lacombustin.Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidadexcepto para la fusin de metales no ferrosos, sucapacidad flucta entre los 50 y 100 kg.

Hornos de crisol para metales no ferrosos
http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_III.html#arriba


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Horno de cubiloteSon equipos muy econmicos y de pocomantenimiento, se utilizan para hacer fundicin d


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hierros colados. Consisten en un tubo de ms de 4metros de longitud y pueden tener desde 0.8 a 1.4 mde dimetro, se cargan por la parte superior concamas de chatarra de hierro, coque y piedra calizaPara la combustin del coque se inyecta aire con uno

ventiladores de alta presin, este accede al interiopor unas toberas ubicadas en la parte inferior dehorno. Tambin estos hornos se pueden cargar conpelets de mineral de hierro o pedacera de arrabioslido.Por cada kilogramo de coque que se consume en e

horno, se procesan de 8 a 10 kilogramos de hierro ypor cada tonelada de hierro fundido se requieren 40kgde piedra caliza y 5.78 metros cbicos de aire a 100kPa a 15.5C.Los hornos de cubilote pueden producir colados dehasta 20 toneladas cada tres horas. Este tipo deequipo es muy parecido al alto horno, slo su

dimensiones disminuyen notablememnte. El mayoproblema de estos hornos es que sus equipos para econtrol de emisiones contaminantes es ms costosoque el propio horno, por ello no se controlan suemisiones de polvo y por lo tanto no se autoriza suoperacin.

clasificacin de los acerosCon el fin de estandarizar la composicin de lodiferentes tipos de aceros que hay en el mercado laSociety of Automotive Engineers (SAE) y el AmericanIron and Steel Institute (AISI) han establecido mtodopara identificar los diferentes tipos de acero que se


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fabrican. Ambos sistemas son similares para laclasificacin.

En ambos sistemas se utilizan cuatro o cinco dgitopara designar al tipo de acero. En el sistema AIS

tambin se indica el proceso de produccin con unaletra antes del nmero.

Primer dgito. Es un nmero con el que se indica eelemento predominante de aleacin. 1= carbn, 2=nquel, 3=nquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo

6=cromo vanadio, 8=triple aleacin, 9 siliciomagnesio.

El segundo dgito. Es un nmero que indica eporcentaje aproximado en peso del elemento dealeacin, sealado en el primer dgito. Por ejemplo unacero 2540, indica que tiene aleacin de nquel y que

esta es del 5%.

Los dgitos 3 y 4. Indican el contenido promedio decarbono en centsimas, as en el ejemplo anterior setendra que un acero 2540 es un acero con 5% denquel y .4% de carbn.

Cuando en las clasificaciones se tiene una letra aprincipio esta indica el proceso que se utiliz parelaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes:A = Acero bsico de hogar abiertoB = Acero cido de Bessemer al carbonoC= Acero bsico de convertidos de oxgeno


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D = Acero cido al carbono de hogar abiertoE = Acero de horno elctricoA10XXXA= Proceso de fabricacin10 = Tipo de acero

X = % de la aleacin del tipo de aceroX X= % de contenido de carbono en centsimas.

Lingotes y colada continuaPara fabricar los diferentes objetos tiles en la

industria metal metlica, es necesario que el hierro sepresente en barras, lminas, alambres, placas, tubos operfiles estructurales, los que se obtienen de loprocesos de rolado. El proceso de rolado consiste enpasar a un material por unos rodillos con una formadeterminada, para que al aplicar presin el materiametlico adquiera la forma que se necesita. E

material metlico que se alimenta a los rodillos debetener una forma determinada, esta forma se obtiene acolar en moldes el metal fundido que ser procesadoa estos productos se les llama lingotes o lupias ypueden ser secciones rectangulares, cuadradas oredondas. Los lingotes (cilindros con un extremomenor que el otro) o lupias (lingotes de gran tamaocon secciones rectangulares) pueden tener desde 25kg hasta varias toneladas, todo depender de parqu se van a utilizar y para con qu tipo de rodillos sevan a procesar.

Colada continua


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Cuando se requiere un material de seccin constante yen grandes cantidades se puede utilizar el mtodo dela colada continua, el cuan consiste en colocar umolde con la forma que se requiere debajo de uncrisol, el que con una vlvula puede ir dosificando

material fundido al molde. Por gravedad el materiafundido pasa por el molde, el que est enfriado por unsistema de agua, al pasar el material fundido por lemolde fro se convierte en pastoso y adquiere la formadel molde. Posteriormente el material es conformadocon una serie de rodillos que al mismo tiempo lo

arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una veconformado el material con la forma necesaria y con lalongitud adecuada el material se corta y almacena. Poeste medio se pueden fabricar perfiles, varillas ybarras de diferentes secciones y lminas o placas devarios calibres y longitudes. La colada continua es unproceso muy eficaz y efectivo para la fabricacin de

varios tipos de materiales de uso comercial.Colada continua


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Algunos elementos qumicos en la fundicin dehierroExisten muchos elementos qumicos que dan lacaractersticas de ingeniera a las aleaciones ferrosassin embargo hay algunos que se destacan por suefectos muy definidos, a continuacin se presentanalgunos de estos elementos.

Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sinembargo se puede decir que es el elemento que da ladureza al hierro y por medio de sus diferentes formaen las que se presenta, se pueden definir variapropiedades de las aleaciones y su grado demaquinabilidad. Con base a la cantidad de carbono en


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el hierro las aleaciones se pueden definir o clasificacomo se observ en los temas anteriores.

Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es unablandador del hierro y es el elemento predominante

en la determinacin de las cantidades de carbono enlas aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25%acta como endurecedor. Las fundiciones con bajocontenido de silicio responden mejor a lotratamientos trmicos.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega ala fundicin arriba del 0.5% sirve para eliminar aazufre del hierro. Como la mezcla producto del azufrey el manganeso tiene baja densidad flota y se eliminaen forma de escoria. Tambin aumenta la fluidezresistencia y dureza del hierro.

Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe seeliminado y controlado.

Fsforo. Es un elemento que aumenta la fluidez demetal fundido y reduce la temperatura de fusin.Produccin de metales no ferrososEn la tabla se aprecian algunas de las principalediferencias entre metales ferrosos y los que no lo son.

Metal Resistencia a latensin

Temperatura de fusinmPa

DurezaBrinell

Densidad enkg/m3


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C

Aluminio83-310 660

30-1002,643

Latn 120-180 870 40-80 8,570

Bronce 130-200 1040 70-130 8,314

Cobre 345-689 108050-100

8,906

Hierro 276-345 1360100-145

7,689

Fundicin gris 110-207 1370 100-150 7,209

Acero 276-2070 1425110-500

7,769

Plomo 18-23 3253.2-4.5

11,309

Magnesio 83-345 650 30-60 1,746

Nquel 414-1103 145090-250

8,730

Zinc 48-90 78580-100

7,144

Estao 19-25 390 5-12 7,208 Titanio 552-1034 1800

158-266

4,517

La mayora de los metales no ferrosos son mresistentes a la corrosin o a la humedad, puede


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utilizarse en exteriores sin pinturas o recubrimientosSin embargo se debe tener especial cuidado con emanejo de los metales no ferrosos ya que cada unoresponde de manera particular a los efectos de lnaturaleza; por ejemplo el magnesio resiste muy bien

la atmsfera ordinaria, pero se corroe rpidamentecon el agua de mar.

Para la produccin de los metales no ferrosos seestablecen como base los siguientes procesos.

1. Extraccin

2. Refinado o concentrado3. Fusin4. Afinado

Cada uno de estos procesos se da de diferentemaneras en la produccin de los metales no ferrososincluso en la produccin algunos no se dan todos.

Extraccin. Los metales no ferrosos provienen dminerales que se pueden encontrar en la superficie dela tierra o bien en yacimientos bajo la superficie. Enambos casos se deben seguir tcnicas de explotacineficientes y rentables.

Refinado o concentrado, tambin conocido compreparacin. Los minerales de los que se obtienen lometales no ferrosos nunca se encuentra en estadpuro y en cantidades comerciales, por lo que se debenseparar y preparar. Entre los procesos de preparacinms utilizados est el pulverizar al mineral y luego


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mezclarlo con agua y un aceite, para que al aplicauna accin violenta se forme espuma en la que loelementos metlicos quedan suspendidosPosteriormente se retira la espuma y con ella lominerales necesarios para la produccin de lo

metales no ferrosos.Fusin. Los hornos ms utilizados para la fusin delos minerales de metales no ferrosos son los altohornos (de menor tamao que los de arrabio) y lohornos de reverbero (aquellos en los que la flamailumina a la carga). Aunque no todos los metales no

ferrosos necesitan ser fundidos primero para seprocesados.

En los hornos para la produccin de los metales noferrosos siempre existen equipos para el control de laemisiones de polvo. Ms que una medida de control dela contaminacin ambiental es una necesidad, ya que

los polvos son valiosos porque tienen el mineral que seest procesando o porque de esos polvos se puedenobtener otros materiales con un valor representativo orentable.

Afinado. Para lograr las caractersticas de calidad ypureza necesarias en los metales no ferrosos sepueden utilizar diferentes procesos como las tinaelectrolticas con las que el mineral adquiere nivelede calidad muy altos.Produccin del aluminio


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El mineral del cual se puede obtener aluminiocomercial se llama BAUXITA, la cual regularmentpuede ser encontrada en minas de depsito abiertopara lograr uniformidad en el material se tritura y conagua a presin se lava para eliminar otros materiales y

sustancias orgnicas. Posteriormente el material srefina para obtener a la almina, lo que ya es unmaterial comercial de aluminio con el que se puedenobtener lingotes por medio del proceso de fundicin.

Tambin existe el proceso de produccin de alumini

llamado BAYER, el cual consiste en:1. La bauxita despus de haber sido pulverizada obtenida de los procesos de espumado se carga aun digestor el que contienen una solucin de sosacustica bajo presin y a alta temperatura.

2. Producto del digestor se forma aluminato desodio que es soluble en el licor generado.


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3. Los slidos insolubles como hierro, siliciotitanio y otras impurezas son filtrados y el licor conla almina se bombea a depsitos llamadoprecipitadores .

4. En los precipitadores se agregan uno cristale

finos de hidrxido de aluminio, estos cristales sehacen circular por entre el licor concentrado paraque sirvan de simientes, van creciendo endimensiones a medida que el hidrxido de aluminiose separa del licor.

5. El hidrxido de aluminio que se adhiri a lo

cristales se calcina en hornos que operan poarriba de los 900C. Esto convierte a la almina enun producto de alta calidad para la fusin yobtencin de aluminio de buena calidad.

6. La almina producto de los hornos de calcinadoes procesada en tinas electrolticas llamadaceldas reductoras. Estas tinas funcionan con u

bao de ciolita (fluoruro de aluminio sdico), enodo es un electrodo de carbn y el ctodo es lamisma tina. En estas tinas se obtiene el aluminiometlico.

7. El aluminio obtenido de las celdas reductoraes moldeado y procesado en hornos deconcentracin para la obtencin de aluminio dalta calidad.

Para la produccin de cada kilogramo de aluminio serequiere 2 kg de almina, los que son producto de 4kg de bauxita y 8 kwh de electricidad.


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Produccin del Magnesio

El magnesio comercial se obtiene del agua de mar yconchas.

1. Las conchas son pasadas por un horno rotatorioa 1320C, para producir cal.2. La cal es mezclada con agua de mar, la que

tiene 1300 ppm de magnesio, lo que genera unareaccin que produce hidrato de magnesio, el quese deposita en el fondo de un tanque desedimentacin.

3. El hidrato de magnesio se extrae del tanquecomo una pasta a la que se le agrega cidoclorhdrico, con lo que se logra obtener cloruro demagnesio.

4. La mezcla es filtrada consecutivamente paraaumentar su concentracin.


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5. Se realiza un secado especial hasta que ecloruro de magnesio logra obtener unaconcentracin superior al 68%.

6. El cloruro de magnesio en forma granular setransfiere a una celda electroltica en la el nodo

es de grafito y el ctodo es la propia tina. En lacelda se hace circular corriente elctrica a 60,000Acon lo que se logra la descomposicin del cloro y emagnesio.

7. El cloro con agua se convierte en cidoclorhdrico, el cual sirve para convertir al hidrato

de magnesio en cloruro de magnesio en el iniciodel proceso.8. El magnesio que flota en la tina electroltica e

recogido y moldeado en lingotes de 8kg, los queposteriormente son fundidos y utilizados para laaleaciones de magnesio.

Produccin del cobre


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El cobre se obtiene fundamentalmente de un minerallamado CALCOPIRITA el que contiene grandecantidades de cobre, azufre y fierro.

1. La calcopirita es mezclada con cal y materialesilicos, los que son pulverizados por medio dmolinos de quijadas y transferidos a una tinaestratificadoras.

2. En las tinas estratificadoras el mineral eextrado al flotar con la espuma producto de laagitacin. La espuma se forma al mezclar agua conaceite y agitarlos enrgicamente.

3. El mineral extrado se pasa por un horno detostado para eliminar el azufre. Los polvos de logases producto del horno de tostado soncapturados y procesados para obtener plataantimonio y sulfuros.


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4. Los concentrados del horno de tostado sonderretidos en un horno de reverbero, en este hornse elimina el hierro en forma de escoria.

5. El material derretido del horno de reverberoque se conoce como ganga, es introducido a un

horno parecido al convertidos Bessemer, del cuasus gases son utilizados para obtener cidosulfrico y el producto de su vaciado es cobreconocido como cobre Blister, el que tiene 98% depureza y que puede ser refinado todava ms pomtodos electrolticos.

Produccin del plomo

El concentrado de plomo o GALENA contiene 65 a 68% de plomo.

1. La galena es pasada por un horno de tostadopara eliminar en lo posible la gran cantidad dazufre que contiene este material. Los gases de


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horno son procesados para obtener cido sulfricoy el material desufurizado pasa a un mezclador.

2. El concentrado producto del horno de tostadoes mezclado con caliza, arena, escoria y mena dehierro, la que es pasada a un horno de sinterizado.

3. El material aglomerado por el horno desinterizado se pasa a un alto horno del cual seobtiene cadmio al procesar sus gases y suproducto es transferido a un tanque espumador.

4. En el tanque la espuma es recogida y enviada auna marmita a la que se le agrega azufre y con ello

se obtiene cobre.5. El sedimento del tanque espumador pasa a unhorno de oxidacin, tambin conocido como hornoablandador. La escoria de este horno contienantimonio y arsnico. El plomo deretido se pasa auna marmita de vaco.

6. En la marmita de vaco se agrega zinc con e

que el oro y la plata se disuelven, las aleaciones deoro y plata en la marmita flotan y se desnatan paraser pasadas a un horno de retorta del cual serecupera el zinc por medio de un condensador y eoro y la plata por medio de un bao electroltico.

7. El plomo derretido pasa a la cmara de vacoluego derramado en una marmita a la que seagrega sosa custica de la cual se obtiene el plomode gran calidad.

Algunas aleacionesUna aleacin es la combinacin qumica de dos o melementos en los que al menos uno es un metal. La
http://www.aprendizaje.com.mx/Curso/Proceso1/Temario1_IV.html#arriba


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aleaciones permiten mejorar las propiedades qumicay mecnicas de los materiales que se combinanExisten gran variedad de aleaciones debidamentenormalizadas, sin embargo unas de las ms conociday utilizadas son las del cobre. A continuacin se

presentan algunas de las aleaciones de cobre mconocidas con sus componentes.

Nombre CuSn Zn

Pb

NiSiMn

Al Fe Uso

Latn rojo 90 10 Trabajosduros

Latnamarillo

70 30 Cartuchos

Latn rojocon plomo

85 5 5 5 Maquinaria

Latnamarillo

con plomo

72 1 24 3 Bombas

Bronceconestao

88 8 4 Cojinetes deembarcaciones

Broncepara

campanas

80 20 Campanas

Bronceparacojinetes

83 7 3 7 Cojinetes demquinas

Broncecon silicio

95 4 1 Maquinariade fundicin


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Bronce almanganeso

62 1.5

31 1 4 1.5 1.5

1.5

Altaresistencia

Bronce alaluminio

78 5 3 10 4 Resistencia ala corrosin

Platanquel

65 4 6 5 20

Lavanderasy lecheras

Procesos de fundicin

Fundicin a la arena. Arena, moldes, modelos

corazones y terminadoConsiste en vaciar metal fundido en un recipiente conla forma de la pieza u objeto que se desea fabricar yesperar a que se endurezca al enfriarse.

Para lograr la produccin de una pieza fundida enecesario hacer las siguientes actividades:

1. Diseo de los modelos de la pieza y sus parteinternas

2. Diseo del molde3. Preparacin de los materiales para los modelo

y los moldes4. Fabricacin de los modelos y los moldes

5. Colado de metal fundido6. Enfriamiento de los moldes7. Extraccin de las piezas fundidas8. Limpieza de las piezas fundidas9. Terminado de las piezas fundidas10. Recuperacin de los materiales de los moldes


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Moldes temporalesLos recipientes con la forma deseada se conocen comomoldes, stos se fabrican de diferentes materialecomo: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldepueden servir una vez o varias. En el primer caso se

les conoce como moldes temporales y los que sepueden utilizan varias veces, se les conoce comomoldes permanentes.

Modelos desechables y removiblesLos moldes se fabrican por medio de modelos los que

pueden ser de madera, plstico, cera, yeso, arenapoliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen aelaborar la pieza, se dice que stos son disponibles odesechables y si los modelos sirven para variafundiciones se les llama removibles.

Fundicin en moldes de arena

Uno de los materiales ms utilizados para lafabricacin de moldes temporales es la arena slica oarena verde (por el color cuando est hmeda). Eprocedimiento consiste en el recubrimiento de unmodelo con arena hmeda y dejar que seque hastaque adquiera dureza.

Fundicin en moldes de capa secaEs un procedimiento muy parecido al de los moldes dearena verde, con excepcin de que alrededor demodelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arenacon un compuesto que al secar hace ms dura a laarena, este compuesto puede ser almidn, linaza


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agua de melaza, etc. El material que sirve paraendurecer puede ser aplicado por medio de urociador y posteriormente secado con una antorcha.

Fundicin en moldes con arena seca

Estos moldes son hechos en su totalidad con arenaverde comn, pero se mezcla un aditivo como el quese utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a laarena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidoen un horno para eliminar toda la humedad y por loregular se utilizan cajas de fundicin, como las que se

muestran ms adelante. Estos moldes tienen mayoresistencia a los golpes y soportan bien laturbulencias del metal al colarse en el molde.

Fundicin en moldes de arcillaLos moldes de arcilla se construyen al nivel de pisocon ladrillos o con materiales cermicos, son utilizado

para la fundicin de piezas grandes y algunas veceson reforzados con cajas de hierro. Estos molderequieren mucho tiempo para su fabricacin y no sonmuy utilizados.

Fundicin en moldes furnicosEste proceso es bueno para la fabricacin de moldes ocorazones de arena. Estn fabricados con arena secade grano agudo mezclado con cido fosfrico, el cuaacta como acelerador en el endurecimiento, aagregarse a la mezcla una resina llamada furnicaCon esta mezcla de cido, arcilla y resina en dos hora


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el molde se endurece lo suficiente para recibir el metafundido.

Fundicin con moldes de CO2En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con

silicato de sodio para posteriormente ser apisonadaalrededor del modelo. Una vez armado el molde seinyecta bixido de carbono a presin con lo quereacciona el silicato de sodio aumentando la durezadel molde. Con la dureza adecuada de la arena demolde se extrae el modelo, si este fuera removible

para posteriormente ser cerrado y utilizado.Tambin los procesos de moldeo pueden seclasificados por el lugar en el que se fabrican.

1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es paratrabajos pequeos y se fabrican en un banco quese encuentre a la mano del trabajador.

2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que

su manejo es difcil y no pueden ser transportadade un sitio a otro.

3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas sonextremadamente grandes y para su alimentacines necesario hacer una fosa bajo el nivel medio depiso.

Ventajas de los modelos desechables1. Para la fabricacin de moldes sin mquinas d

moldeo se requiere menos tiempo.2. No requieren de tolerancia especiales.3. El acabado es uniforme y liso.4. No requiere de piezas sueltas y complejas.


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5. No requiere de corazones6. El moldeo se simplifica notablemente.

Desventajas de los modelos desechables1. El modelo es destruido en el proceso de

fundicin.2. Los modelos son ms delicados en su manejo.3. No se puede utilizar equipo de moldeo

mecnico.4. No se puede revisar el acabado del molde.

Partes de un molde

1. Vasija de vaciado. Entrada del metal fundido amolde.

2. Bebedero. Conducto por el cual baja el meta

fundido para la alimentacin del metal al molde.3. Corredor alimentador. Vasija inferior que

permite la entrada del material a la cavidad. Enalgunos caso se coloca un rebosadero antes decorredor alimentador para que se atrape la escoriao partculas extraas del metal fundido.


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4. Rebosaderos. Son espacios que pueden seciegos o abiertos y que sirven para permitir que laescoria del material fundido flote y sea atrapada

Tambin sirven para conocer si el material llen esu totalidad la cavidad del molde.

Tolerancias en los modelosEn el diseo de los modelos que se utilizan paraconstruir un molde es necesario tener enconsideracin varias tolerancias.

1. Tolerancia para la contraccin. Se debe tene

en consideracin que un material al enfriarse secontrae dependiendo del tipo de metal que se estutilizando, por lo que los modelos debern ser mgrandes que las medidas finales que se esperanobtener.

2. Tolerancia para la extraccin. Cuando se tieneun modelo que se va a remover es necesario

agrandar las superficies por las que se deslizar, afabricar estas superficies se deben considerar ensus dimensiones la holgura por extraccin.

3. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza efabricada en necesario realizar algn trabajo dacabado o terminado de las superficies generadasesto se logra puliendo o quitando algn material delas piezas producidas por lo que se debeconsiderar en el modelo esta rebaja de material.

4. Tolerancia de distorsin. Cuando una pieza ede superficie irregular su enfriamiento tambin eirregular y por ello su contraccin es irregulagenerando la distorsin de la pieza, estos efecto


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debern ser tomados en consideracin en el diseode los modelos.

5. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean lomodelos para ser extrados de los moldes, accinque genera la modificacin de las dimensione

finales de las piezas obtenidas, estas pequeamodificaciones deben ser tomadas enconsideracin en la fabricacin de los modelos.

Observe que cuando se utilizan modelos disponiblemuchas de las tolerancias antes mencionadas no sonaplicables.

Procesos especiales de fundicinFundicin en moldes metlicosLa fundicin en moldes permanentes hechos de metaes utilizada para la produccin masiva de piezas depequeo o regular tamao, de alta calidad y conmetales de baja temperatura de fusin. Sus ventaja

son que tienen gran precisin y son muy econmicoscuando se producen grandes cantidades. Existevarios tipos de moldes metlicos utilizados para lfabricacin de piezas por lo regular de metales nferrosos, a continuacin se mencionan algunos de lams utilizados.1. Fundicin en matricesEn este proceso el metal lquido se inyecta a presinen un molde metlico (matriz), la inyeccin se hace auna presin entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas coneste procedimiento son de gran calidad en lo que serefiere a su terminado y a sus dimensiones. Esteprocedimiento es uno de los ms utilizados para la


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produccin de grandes cantidades de piezas fundidasSe pueden utilizar dos tipos de sistema de inyeccinen la fundicin en matrices.

Cmara caliente Cmara fra

El procedimiento de fusin en cmara caliente srealiza cuando un cilindro es sumergido en el metaderretido y con un pistn se empuja el metal hacia unasalida la que descarga a la matriz. Las aleaciones mutilizadas en este mtodo son las de bajo punto defusin como las de zinc, estao y plomo. Las pieza

que se producen son de 20 a 40 kg y se llegan amanejar presiones superiores a los 35 Mpa. Es unproceso rpido que se puede fcilmente mecanizar.

Fundicin con cmara caliente


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El proceso con cmara fra se lleva metal fundido pomedio de un cucharn hasta un cilindro por el cuacorre un pistn que empuja al metal a la matriz defundicin, las piezas obtenidas son de unos cuantogramos a 10 kg y slo es recomendable en trabajos de

poca produccin.2. Fundicin en cmara fra

Fundicin con molde permanente por gravedadEste tipo de fundicin es utilizado para piezas en laque la calidad de terminado y dimensional no est


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sujeto a restricciones de calidad, debido a que la nicafuente de energa que obliga al metal a llenar lacavidad del molde es la fuerza de la gravedad, unejemplo de la utilizacin de este mtodo el lafabricacin de lingotes de metal.

La fusin de moldes de baja presinEs un sistema de fusin que consiste en la colocacinde un tallo sobre un crisol sellado, al inyectar presinal centro del crisol la nica salida del metal fundidoser el tallo por lo que se genera el flujo del metal po

el tallo hasta que se llena la matriz y se forma la piezaCon este procedimiento se pueden fabricar piezahasta de 30 kg y es rentable para grandes cantidadede piezas sin grandes requerimientos de calidad.

Fundicin a vaco


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Fundicin huecaEs un sistema de produccin de piezas metlicahuecas sin corazones fijos. Consiste en vaciar metafundido en un molde que es volteado cuando seempieza a solidificar el metal. El metal que no se hasolidificado sale del molde para ser utilizado en otrapieza y el metal solidificado forma las paredes de lapieza. El resultado son paredes delgadas de metal.

Fundicin prensada o de CorthiasEs un proceso para producir piezas huecas pero demayor calidad que la fundicin hueca. Se vaca unacantidad especfica de metal fundido en el interior deun molde con un extremo abierto por el que seintroduce un corazn que obliga al metal fundido a


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distribuirse uniformemente en todo el molde, una veque empieza a solidificarse el metal del molde, sextrae el corazn, lo que origina una pieza de buenacalidad. Este sistema de fundicin es consideradcomo artesanal y slo es rentable cuando se van a

fabricar pocas piezas.

Fundicin centrfugaLa fundicin centrfuga es un mtodo en el queaprovecha la fuerza centrfuga que se puede generaal hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tre

tipos de fundicin centrfuga:I. Fundicin centrfuga realII. Fundicin semicentrfugaIII. Centrifugado

I. Fundicin centrfuga real

Es el procedimiento utilizado para la fabricacin dtubos sin costura, camisas y objetos simtricos, lomoldes se llenan del material fundido de manera


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uniforme y se hace girar al molde sobre su eje derotacin.

II. Fundicin semicentrfugaEs un mtodo en el que el material fundido se hace

llegar a los extremos de los moldes por la fuerzacentrfuga que genera hacer girar a los moldes, loextremos se llenan del material fundido, con buenadensidad y uniformidad. El centro tiene poco materiao de poca densidad. Por lo regular el centro en estetipo de sistemas de fundicin es maquinado

posteriormente.

III. Centrifugado

Es un sistema donde por medio de un tallo se hacellegar metal fundido a racimos de piezas colocadasimtricamente en la periferia. Al poner a girar esistema se genera fuerza centrfuga la que es utilizadapara aumentar la uniformidad del metal que llena lacavidades de los moldes.


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Procesos de fundicin especiales

Proceso de fundicin a la cera perdida

Es un proceso muy antiguo para la fabricacin dpiezas artsticas. Consiste en la creacin de un modeloen cera de la pieza que se requiere, este modelo debetener exactamente las caractersticas deseadas en lapieza a fabricar. El modelo de cera es cubierto conyeso o un material cermico que soporte el metafundido. Para que seque ese material cermico sintroduce a un horno, con ello el material cermico seendurece y el modelo de cera se derrite. En el moldefabricado se vaca el metal fundido y se obtiene lapieza deseada. Es un proceso que es utilizado para lafabricacin de piezas ornamentales nicas o con muypocas copias.


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Proceso de cscara cermicaEs un proceso parecido al de la cera perdida, slo queen este proceso el modelo de cera o un material debajo punto de fusin se introduce varias veces en una

lechada refractaria (yeso con polvo de marmol) la quecada vez que el modelo se introduce este se recubrede una capa de la mezcla, generando una cubierta enel modelo. Posteriormente el modelo y su cscara semeten en un horno con lo que el material refractariose endurecer y el modelo se derrite. As se tiene un

molde listo para ser llenado con un metal y produciuna fundicin slida o hueca.

Fundicin en molde de yesoCuando se desea la fabricacin de varios tipos depiezas de tamao reducido y de baja calidad en suterminado superficial, se utiliza el proceso de fundici

en molde de yeso. Este consiste en la incrustacin delas piezas modelo que se desean fundir, en una cajallena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido eyeso, se extraen las piezas que sirvieron de modelo ypor gravedad se llenan las cavidades con metafundido. El sistema anterior puede producir grandecantidades de piezas fundidas con las formadeseadas.

06 manufactura

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