Pieza defectuosa

Pieza sana

Diseño de una mazarota

Forma de la Mazarota

La forma de la mazarota juega un papel importante, siendo deseable aquella que permite una menor pérdida de calor por unidad de tiempo. Esto se logra disminuyendo el área de contacto entre el metal líquido y el molde, siendo la forma ideal una esfera, cuya área es la menor de cualquier figura geométrica del mismo volumen y por tanto la relación V/A, es mayor, aumentando el tiempo de solidificación.

Sin embargo, en la práctica resulta difícil reproducir en el molde mazarotas de forma esférica, además de representa problemas debido a que el último metal solidifica en el centro de la esfera no pudiendo alimentar la pieza por obstrucción de la zona de contacto con la pieza, por lo que se adopta el cilindro como una forma práctica.

La relación altura – diámetro (H/D) más económicas para mazarotas laterales es 1 y para mazarotas elevadas es 0,5.

Tamaño de la mazarota

Relación existente entre el volumen de la mazarota y el volumen de la pieza fundida. Se establece un factor de forma (F) de la pieza, que permite calcular las dimensiones de la mazarota más económica, para una pieza de dimensiones L, A, E, de la siguiente manera:

F= L+AE

,

Donde

L: largo

A: ancho

E: espesor

Tiempo de solidificación de la mazarota

Para obtener una pieza sana libre de rechupes se requiere que el tiempo de solidificación de la mazarota sea mayor que el de la pieza, para lograr la total alimentación del molde. Según la ecuación de Chorinov, para geometrías sencillas y metales puros:

t=c (VA )2

, donde:

t: tiempo de solidificación

V: volumen

A: área superficial

c: constante del molde

c= ρ,√πα Hf2k (TM−T O ) , donde:

: Densidad del metal

: difusividad

Hf: calor latente de fusión

K: conductividad del molde

TM: temperatura del metal líquido

TO: temperatura ambiente

Como el tiempo de solidificación de la mazarota debe ser mayor que el de la pieza, debe cumplirse que:

(t s )M>(t s )P

16”

8”

2”

Ejemplo

Calcule el volumen que debe tener una mazarota cilíndrica para la siguiente pieza, sabiendo que H=2D.

t=c (VA )2

tM=1,25 t pieza

CM (VA )2

M

=1,25CP(VA )2

P

CM=C P

(VA )2

M

=1,25(VA )2

P

VPIEZA = 16 cm . 8 cm . 2 cm = 256 cm3.

APIEZA = 2(16 cm . 8 cm) +2(16 cm . 2 cm) + 2(8 cm . 2 cm) = 352 cm2.

Mazarota cilíndrica elevada H=2D

Volumen de la mazarota = Volumen de un cilindro

V=π R2H=π (D2 )2

H=π D2

4H=π D

2

42D=π D

3

2

Área de la mazarota = Área de un cilindro

A=2π R2+2πRH=2π (D2 )2

+2πD2

2D=2 πD2

4+2π D2

¿ π D2

2+2π D2=5π

2D2

(VA )M

=√1,25(VA )P

π2D

3

5 π2D

2 =√1,25256cm3

352cm2

D5

=√1,25256cm

352

D=4,06cm

V MAZAROTA=π2D 3=π

266,9cm3

Volumen de la mazarota

La mazarota debe suministrar el volumen de metal líquido suficiente, para compensar el volumen de contracción de líquido a sólido de la pieza

VmazarotaVcontraccción de la pieza

Pasos a seguir para dimensionar una mazarota:

1. Se calcula el factor de forma L+AE

de la pieza

V MAZ AROTA=105,12cm3

10”

2”

4”

10”

2”

Para una plancha circular

F= L+AE

=10 +102 ¿

Para un cilindro

F= L+AE

=10 +4 4 } ¿

Para un cubo

F= L+AE

=2+22 ¿

2. Se calcula el volumen de la pieza VP

3. Se determina VM

V P usando la gráfica n° 1 y el factor de forma.

4. Se calcula VM.5. Se calcula el diámetro y la altura de la mazarota con la gráfica o suponiendo que

tiene forma cilíndrica, con la expresión:

V M=π R2H=π4D2H ,

y teniendo en cuenta que la altura de la mazarota es de 0,5 a 1 vez el diámetro:

HD

=12

(elevadas) ó H=D (laterales)

Cuál gráfica???

5”

2”

10”

Ejemplo

Calcular las dimensiones de la mazarota para la siguiente pieza

1. Se calcula el factor de forma

F= L+AE

= 10 +52} =7,¿

2. Se calcula el volumen de la pieza Vp = 10”. 5”. 2” = 100 plg3.

3. Se determina el valor de la relación VM

V P

=0,55 según la gráfica.

4. Hallando el volumen de la mazarota VM = VP . 0,55 = 100 . 0,55 = 55 plg3.

5. Dimensiones de una mazarota elevada HD

=12

H=D2

,

Con volumen de una mazarota cilíndrica

V M=π R2H=π4D2H ,

Sustituyendo:

V M=π4D2 D

2=π D3

8

L: largo = 10”

A: ancho = 5”

E: espesor = 2”

Igualando:

π D3

8=55 plg3

D3=8×55 plg3

π=140,05 plg3

Queda:

Piezas complejas.

En el caso de piezas de forma compleja que presentan apéndices de tamaño y formas diferentes de la pieza principal, la pieza principal actúa como alimentador del apéndice.

El cálculo de la mazarota en la pieza principal debe tomar en cuenta la alimentación que ésta hace al apéndice, por lo tanto hay que añadir un volumen extra a la mazarota.

Para saber cuál de las partes es la pieza principal y cuáles son los apéndices, hay que hallar el módulo geométrico M:

M=VA

,

La parte cuyo módulo geométrico sea mayo,r será la pieza principal, ya que tendrá una relación volumen/área mayor, es decir solidificará más lento. Las piezas que tienen una relación V/A mayor tardan más en solidificar porque el volumen es más grande y tienen un área superficial menor por donde disipar el calor.

Aporte de los apéndices

D = 5,2 pulgadas

H = 2,6 pulgadas

La forma de todo apéndice se puede aproximar a la forma de una placa o de una barra.

Si:

Ancho 3 * Espesor Placa

Ancho 3 * Espesor Barra

5”

1”

10”

4”

1”

5”

1”

10”

4”

Pieza II

1”

1”4”

Pieza I

Ejemplo

1. Haciendo el despiece

Pieza I

Volumen = 1” . 1” . 4” = 4 plg3.

Área = 1” . 1”+ 4” . 1” . 4 = 1 plg2 + 16 plg2 = 17 plg2.

Pieza II

Volumen = 10” . 5” . 1” = 50 plg3.

Área = 4” . 1”+ 5” . 1”+ 10” . 1” . 4 = 4 plg2 + 5 plg2 + 40 plg2 = 49 plg2.

2. Calculando los módulos geométricos

M I=V I

A I

= 4 plg3

17 plg2 =0,235 plg

M II=V II

A II

=50 plg3

49 plg2 =1,02 plg

M II>M I

La Pieza II es la pieza principal y la Pieza I es el apéndice, la Pieza II es la que alimenta al apéndice, por lo tanto la mazarota va en esta pieza.

3. Calculando el factor de forma de la pieza principal

F= L+AE

= 10 +51 } =1¿

4. Con el gráfico 1 se determina la relación VM

V P

=0,36.

5. Se determina el aporte que hace la pieza principal a la mazarota:

VM = 0,36 . VP = 50 plg3. 0,36 = 18 plg3.

6. Se calcula la relación Espesor ApéndiceEspesor P . ppal

= EapEP

=1} over {1=1.

7. Comportamiento de las piezas

Pieza principalLargo = 10”Ancho = 5”Espesor = 1”

ApéndiceLargo = 4”Ancho = 1”Espesor = 1”

3 . Espesor = 3”

Ancho 3 . Espesor

5” 3” Placa

3 . Espesor = 3”

Ancho 3 . Espesor

1” 3” Barra

Por lo tanto se concluye que placa alimenta barra.

Con la relación EapEP

=1 y la conclusión anterior, se obtiene de la gráfica 2 el

volumen que aporta el apéndice a la mazarota.En este caso el apéndice aporta un 60% de volumen adicional.%Volumen adicional = 0,6 . Vapéndice = 0,6 . 4 plg3 = 2, 4 plg3.

8. Calculando el volumen total de la mazarota, que será la suma del aporte de la pieza principal y el aporte del apéndice.

VMAZAROTA = VPPAL + V ADICIONAL = 18 plg3 + 2,4 plg3 = 20,4 plg3.

9. Determinando las dimensiones de la mazarota

Mazarota elevada HD

=12

H=D2

V M=π4D2H ,

Sustituyendo:

V M=π4D2 D

2=π D3

8

Igualando:

π D3

8=20,4 plg3

D3=8×20,4 plg3

π=51,95 plg3

Queda:

Mazarota lateral H=D

V M=π4D2H ,

Sustituyendo:

V M=π4D2 . D= π D3

4

Igualando:

π D3

4=20,4 plg3

D3=4×20,4 plg3

π=25,97 plg3

Queda:

Ejemplo

D = 3,73 pulgadas

H = 1,86 pulgadas

D = 2,96 pulgadas

H = 2,96 pulgadas

C3 0B30

= 1,5 mm

= 2,5 mm

Vista frontal Vista lateral

Contracción lineal = 2%

Medidas en mm.

Factor de contracción

FC=1+ CL100

= 1+ 2%100

=1+0,02=1,02

RedimensionandoA = A . FC + 1,5 + 1,5 = 100 mm . 1,02 + 2 . 1,5 mm = 102 mm + 3 mm = 105 mm.B = B . FC + 2,5 + 2,5 = 30 mm . 1,02 + 2 . 2,5 mm = 30,6 mm + 5 mm = 35,6 mm.C = C . FC + 2,5 + 2,5 = 30 mm . 1,02 + 2 . 2,5 mm = 30,6 mm + 5 mm = 35,6 mm.

A100

= 2,5 mm

= 2,5 mm

Cavidades

Contracción lineal = 2%

FC=1− CL100

= 1−2%100

=1−0,02=0,98

D = D . FC - 2,5 - 2,5 = 50 mm . 0,98 - 2 . 2,5 mm = 49 mm - 5 mm = 44 mm.

Contracción lineal = 1,25%

FC=1− CL100

= 1−1,25 %

100=1−0,0125=0,9875

R = R . FC - 2,5 = 10 mm . 0,9875 - 2,5 mm = 9,875 mm – 2,5 mm = 7,375 mm.

D50

R10