PROCESOS DE MANUFACTURA1. TEMA :FUNDICIN DE ALUMINIO.

2. RESUMEN:En esta prctica se realizar una fundicin con aluminio para cualquier molde. Se proceder al clculo del vertedero, los canales de alimentacin y volumen de la pieza a fundir para poder dimensionar y construir stos elementos.3. OBJETIVOS: Realizar el proceso de moldeo y fundicin en arena para el molde que se quiera fundir. Conocer las diferentes partes de un sistema de colado de material para el moldeo. Realizar los clculos para las vas del sistema de alimentacin. Observar fallas fsicas en la pieza moldeada despus del colado.

4. INTRODUCCIN:4.1.- MARCO TERICO.FUNDICINLa fundicin es el proceso de fabricacin de las piezas, comnmente metlicas pero tambin de plstico, El metal fundido fluye por gravedad u otra fuerza dentro de un molde donde se solidifica y toma la forma de la cavidad. El proceso 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.

FUNDICIN DE ALEACIONES DE ALUMINIO.Es necesario conocer algunos problemas que se presentan en la fundicin disminuyendo la calidad de la pieza fundida con poros y cavidades, la porosidad puede ser caudada por la presencia de gases o provocada por la contraccin.La porosidad debida a gases.- La presencia de gases en el metal fundido da lugar a la presencia de fallas como pueden ser cavidades y porosidades. Este tipo de porosidad es producida por la separacin de gases disueltos en el metal, o por una reaccin qumica durante el periodo del cambio del estado lquido al estado slido, los gases se originan en los hornos de fusin por la humedad del aire de combustin, encontrndose hidrgeno en los metales. Al sobrecalentar el metal en una atmsfera no muy propicia se incrementa el grado de absorcin de los gases por el metal, es decir que cuando se incrementa la temperatura incrementa la solubilidad de los gases.La cantidad de gases retenidos en la pieza fundida depende de la velocidad de enfriamiento de la misma formando los poros.Tambin se debe evitar la absorcin de oxgeno durante la fusin, el cual es ms reducido cuando se emplean hornos elctricos con poco exceso de aire.La porosidad provocada por la contraccin.- El metal fundido se enfra disminuyendo su volumen, este enfriamiento pasa por tres perodos: de la temperatura de colada al estado lquido; del estado lquido al estado slido y del estado slido a la temperatura ambiente [2], durante estos tres perodos ocurre una contraccin del metal.Durante el perodo del paso de slido a lquido se forman las cavidades y porosidades provocadas por la contraccin de la pieza que se solidifica ltima.La contraccin del volumen en las aleaciones de aluminio es del 6 %, para obtener piezas fundidas de buena calidad es necesario realizar un buen diseo de alimentacin es decir el tamao de las secciones deber gradualmente incrementarse hasta los canales de subida, de esta manera las cavidades formadas por la contraccin se formaran nicamente en los canales de alimentacin.Hay que sealar los granos de una pieza fundida dependen de la temperatura de colada, es decir un enfriamiento rpido provoca un grano fino y viceversa.

MOLDESLas propiedades de las arenas de moldeo dependen principalmente del tamao de la pieza a fundir, para piezas pequeas ser suficiente una resistencia a la compresin de 0.2 a 0.4 kg/cm2 y para piezas mayores de 0.3 a 0.6 Kg/cm2.Los moldes deben poder contraerse libremente para evitar la formacin de rajaduras, por lo que debe ser lo suficiente blando. La facilidad de llenar el molde es muy grande, se debe tener embudos y canales de colado de anchura suficiente para que el metal entre bien a los moldes y preciso dejar mazarotas grandes y respiradores se seccin amplias. La mayor parte de aleaciones de aluminio se funden bien en coquillas.La contraccin del aluminio y de sus aleaciones es lineal.[1]

SISTEMA DE ALIMENTACINLa fundicin de metales no ferrosos como el aluminio es fundamental para obtener piezas fundidas de buena calidad tanto en el interior como el exterior, debemos controlar el ingreso o la forma como el metal ingresa a los moldes, ya que el proceso de llenado del molde por gravedad involucra altas velocidades del flujo y la mejor forma de controlarlo es mediante un sistema de alimentacin bien diseado. En los referente al diseo de sistemas de alimentacin de piezas fundidas de aluminio. No existe mayor informacin, pero de la poca informacin disponible.Algunas de estas recomendaciones tienden a producir algunos efectos, principalmente cuando no se llena completamente el sistema de alimentacin, as el estrechamiento del bebedero se lo realiza con un cambio brusco de la seccin transversal, probablemente se generar turbulencia, o distribucin y alimentacin, lo cual promueve algunas turbulencias y retardo en el llenado.Luego de completar la transformacin, de preparar desbastes paralelos y opuestos sobre toda la longitud de la probeta y se toman medidas de dureza a intervalos de 1/16 plgUn sistema de alimentacin, como el que se muestra en la Figura 2, consta de las siguientes partes:

Fig. 1. Partes del Sistema de Alimentacin

a) Embudo o baca de coladab) Canal vertical o bebederoc) Taln de cadad) Canal de distribucine) Canales de alimentacin o entrada

a) Embudo de coladaTienen la funcin de recibir el chorro de metal lquido fundido que se vierte de la cuchara, por lo cual es necesario que este se encuentre lleno de metal lquido durante el colado, esto para evitar que ingrese al interior del molde aire y escoria que produciran desperfectos en la pieza fundida.b) Canal VerticalEs aquel por donde baja la corriente de metal lquido, este canal debe ser ms angosto en su parte inferior con el fin de crear la presin piezomtrica positiva en el sistema de alimentacin. El dimetro del canal vertical si es cilndrico puede estar entre 15 y 25 mm, o rectangular, de espesor entre 6 y 10 mm, dependiendo del tamao de la pieza.c) Taln de CadaEst ubicado bajo el bebedero o canal vertical, su funcin es permitir la expulsin de aire que ingresa al inicio del colado y adems ayuda a proveer en forma continua de metal fundido al canal de distribucin y por ende o los canales alimentadores.d) Canal de Distribucin Es aquel que permite conducir el metal lquido a los distintos puntos donde se encuentra los canales de alimentacin que llenarn la cavidad del molde, adems tienen la misin de frenar al lquido y retener la espuma de xido. La seccin transversal del canal de distribucin se lo debe hacer en forma trapezoidal del mismo ancho que altoe) Canales de Alimentacin Estos canales suministran el metal fundido a la cavidad del molde, dicho suministro debe ser de forma suave, se encuentran situados en los puntos de ms profundidad y menos espesor de la pieza, adems la seccin de los alimentadores deben ayudar a que la temperatura del metal fundido no descienda demasiado en el trayecto del canal de distribucin a la moldura. La seccin de los canales de alimentacin puede ser rectangular.

Diseo de secciones de alimentacin de las piezas.Usando la Ecuacin de Bernoulli deduzco la velocidad de entrada del metal a la cavidad del molde, iniciando con una velocidad cero. En su forma ms simple, esta ley es basada en la frmula:

Dnde: U = velocidad del metal en el punto 2 (m/s)g = aceleracin de la gravedad (9.8 m/s2).H = altura presin o altura esttica de clculo (m)Entonces la ecuacin (2) toma la siguiente forma y es la que nos permitir calcular la seccin total del canal de alimentacin:

Fig. 2. Medidas del Sistema de Alimentacin

.Para colada por el plano de separacin del molde:

A continuacin se muestra el diagrama adaptado de las frmulas presentadas por Titov y multiplicadas por el factor de correccin Cm para calcular el tiempo de colado de piezas de aluminio que tienen un peso de hasta 450 Kg. y cuyos espesores se encuentren entre 2.5 y 15 mm.[2]

Fig. 3. Diagrama de Titov

5.- EXPERIMENTACION:5.1.- Procedimiento.1. Preparar la arena de moldeo, realizando el tamizado necesario para evitar la presencia de terrones.2. Ubicar la caja inferior de molde sobre del tablero con las guas hacia abajo y sus alzas respectivas, para que la arena cubra solo la mitad del volumen de la pieza. Con el modelo puesto en la caja comenzamos a colocar la arena apisonando adecuadamente y con cautela para no topar el modelo y provocar una distorsin. 3. Colocamos la caja del molde superior luego procedemos a limpiar el exceso de arena y de impurezas con ayuda de un soplador de aire. Ponemos arena de slice sobre toda la superficie libre de la caja inferior, esto con el afn de evitar que en el instante del llenado de arena de la caja superior, esta se adhiera. 4. Se colocar en una posicin adecuada el elemento que servir de bebedero. Colocamos la caja superior y dentro de esta la respectiva arena y realizamos nuevamente el procedimiento realizado para la caja inferior.5. Una vez obtenida la superficie lisa, retiramos la madera que sirvi para obtener el bebedero, separamos la caja superior de la inferior con cuidado para evitar deteriorar el molde.6. Sacar los modelos haciendo uso de agua en el contorno del molde luego soplar las dos caras del modelo para eliminar impurezas incrustadas dentro de este.7. Ya satisfechos con el molde realizado entonces procedemos a cerrar nuevamente las cajas para realizar el embudo al ingreso del bebedero.8. Por ultimo dejar el molde por lo menos por un da para que pierda humedad, la misma que ayudar luego en la fundicin a aumentar su permeabilidad de la arena, que permitir el escape de gases producidos en el instante de la fundicin.9. Colado de la Fundicin de Aluminio para eso encendemos el horno de fundicin hasta una temperatura de 720 C con el objetivo de que esta temperatura sobrepase la temperatura de fusin del aluminio (660 C).10. Se espera aproximadamente 30 minutos hasta que la chatarra alcance la temperatura deseada. 11. El horno es girado y el metal lquido es totalmente vaciado en un crisol, luego con ayuda de una barra de acero se retira la impureza presente sobre el metal.

12. Colar el metal lquido sobre cada uno de los moldes, una vez que el molde de muestras de su llenado entonces se detiene el envo y esperamos hasta que el metal se enfre, para luego retirar las muestras fundidas.

13. Analizar las caractersticas de la fundicin obtenida.6.- EQUIPOS Y MATERIALESa) Arenas de moldeob) Cajas para molde.c) Aluminio(Chatarra)d) Arena de slicee) Dieself) Utensilio para moldearg) Pala

h) Tamizi) Apisonadorj) Soplador de airek) Molde del elemento a fundir.l) Horno

m) Quemador

7.- CLCULOS: CLCULO DE LAS SECCIONES DE CANALES DE ENTRADA

Para realizar el clculo de la seccin de alimentacin aplicamos la siguiente frmula:

Dnde: P = Peso en Kg. de la pieza mecnica =0,477kg = 1,0494lb

= Densidad del Aluminio t = Tiempo de colado H = Altura de presin del metal por el plano de separacin del molde = 0.135 m

Factor de prdidas totalesEl tiempo de colado se aplic los clculos por medio de una figura donde se tena los datos del diagrama de Titov de la Figura 4 anteriormente expuesta, esto nos arroja un valor de 4 segundos para la pieza con un peso de 1.0494lb = 0.477 Kg.Para el clculo del factor de prdidas totales se asumen valores recomendados

Coeficiente de prdidas debido a las fuerzas de rozamiento del fluido con las paredes del bebedero, canales de distribucin y entrada

Coeficiente de prdidas debido a los cambios de seccin, entradas y salidas.

Coeficiente de prdidas por resistencia al flujo

Reemplazando en el Frmula tenemos lo siguiente

Canal de DistribucinPara este clculo se sabe que el mismo se tiene que debe ser 2 veces mayor que la seccin de alimentacin, por lo tanto:

La forma que tiene el canal de distribucin es trapezoidalb

El BebederoAhora para el clculo de la seccin del bebedero tenemos que es el doble que la seccin de distribucin.

Este dimetro no es estndar por lo tanto elegimos mejor de los dimetros expuestos en la tabla secciones de los bebederos segn su dimetro:DIAMETRO DEL BEBEDERO (pulg)SECCION DEL BEBEDERO (pulg2)

1/80,012

1/40,050

3/80,110

1/20,200

5/80,310

3/40,440

7/80,600

10,785

Por lo tanto elegimos una dimetro d = pulgTaln de Cada

Para el clculo de cada se dice que la altura es dos veces la del canal de distribucin, y el dimetro el dos punto cinco veces la del bebedero, por lo tanto.

10.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: [1] BIEDERMANN y L.M. HASSEKIEFF: Fundicin del hierro y acero, Segunda Edicin, Macagno Landa talleres grficos, Argentina 1957, pp. 149, 150, 152 [2] ING. MARIO PASTOR: Apuntes de Fundicin, Ecuador 1982. ALUMINIO DE GALICIA, S.A.: Tcnicas manuales para el moldeo del aluminio, pp. 34, 35.