informe de fundición en model permanente

Universidad Nacional de Trujillo FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL

DE ING. MECÁNICA

“Fundición En Molde Permanente”

CURSO :

PROCESOS DE MANUFACTURA II

DOCENTE :

DOC. VÍCTOR M. ALCÁNTARA ALZA

ALUMNO :

HONORIO MARIN, ALEX JOEL GUTIERREZ AGUILAR, JHOAO JAIMES ALVARO, DARIEN QUIROZ CAPRISTAN, GUSTAVO PAULINO VALDERRAMA, MARTHYN

CICLO :

VIII

p

Trujillo – Perú

2015

Universidad Nacional De Trujillo Escuela académico Profesional de Ingeniería mecánica

Procesos de Manufactura II - fundición en molde permanente 1

Contenido CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL

PERU 5

1.1. Historia general de la fundición en el Mundo .............................................................. 5

1.2. Historia de la fundición en Mesoamérica .................................................................... 7

1.3. La obtención de aleaciones en la antigua Mesoamérica. ....................................... 10

1.4. EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU ..................................................... 12

1.4.1. Resumen ..................................................................................................................... 12

1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme avanzo el

desarrollo de la metalúrgica ..................................................................................................... 14

MILPO ............................................................................................................................. 14

PIERINA .......................................................................................................................... 14

ORCOPAMPA ................................................................................................................ 15

CENTROMIN PERÚ ..................................................................................................... 15

DOE RUN PERU .......................................................................................................... 15

MINSUR S.A .................................................................................................................. 15

PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR ................................................................................. 16

SOUTHERN PERÚ ...................................................................................................... 16

ANTAMINA ..................................................................................................................... 16

CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN ........................................................................... 16

CAPITULO II: FUNDAMENTOS ............................................................................................. 18

2.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 18

2.2. FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES ............................................... 18

2.2.1. Solidificación de los metales .................................................................................... 18

2.2.1.1. Metales puros ..................................................................................................... 18

2.2.1.2. Aleaciones .......................................................................................................... 19

2.2.1.3. Estructura ............................................................................................................ 19

2.2.2. Flujo del fluido ............................................................................................................ 20

2.2.3. Fluidez del metal fundido ......................................................................................... 20

2.2.4. Transferencia de calor .............................................................................................. 21

2.2.4.1. Tiempo De Solidificación .................................................................................. 21

2.2.4.2. Contracción ........................................................................................................ 21

2.2.5. DEFECTOS ................................................................................................................ 21

2.2.5.1. Porosidad ............................................................................................................ 21

CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE .................................................. 22

3.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 22



3.2. FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE ................................................................ 22

3.2.1. FUNDICIÓN EN COQUILLA .................................................................................... 23

3.2.1.1. Moldeo por inversión ......................................................................................... 23

3.2.1.2. Moldeo cothias ................................................................................................... 24

3.2.1.3. Fundición en coquilla por gravedad ................................................................ 24

3.2.2. FUNDICIÓN EN MATRICES O DADOS: ............................................................... 25

Características: ...................................................................................................................... 25

2.2.2.1. Cámara fría ......................................................................................................... 26

Características ....................................................................................................................... 27

2.2.2.2. Cámara caliente ................................................................................................. 27

Características ....................................................................................................................... 28

3.2.3. Fundición hueca ........................................................................................................ 28

3.2.4. Fundición de baja presión ........................................................................................ 29

3.2.5. Fundición de molde permanente al vacío .............................................................. 30

3.2.6. Fundición centrifuga .................................................................................................. 30

3.2.6.1. Fundición centrifuga pura ..................................................................................... 30

3.2.6.2. Fundición semi centrifuga .................................................................................... 33

3.2.6.3. Fundición centrífuga .............................................................................................. 33

CAPITULO IV: COQUILLA ...................................................................................................... 35

4.1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 35

4.2. COQUILLA ..................................................................................................................... 35

4.3. FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD ...................................................... 35

4.3.1. FASES DE LA FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD ........................ 36

4.3.1.1.1. Pasos para la fundición en coquilla por gravedad .................................... 36

4.3.1.1.2. Características de la fundición en coquilla por gravedad ........................ 37

4.3.2. ELABORACIÓN DE LAS COQUILLAS .................................................................. 38

4.3.2.1. Cavidad de la Coquilla o molde ....................................................................... 38

4.3.2.2. Evacuación de aire ............................................................................................ 39

4.3.2.3. Mecanismos de cierre ....................................................................................... 39

4.3.2.4. Expulsores .......................................................................................................... 39

4.3.2.5. Guías ................................................................................................................... 39

4.3.2.6. Respiraderos y mazarotas ............................................................................... 39

4.3.3. USOS DE LAS COQUILLAS ................................................................................... 40

4.3.3.1. Ventajas del proceso de fundición en coquilla .............................................. 41

4.3.3.2. Desventajas del proceso de fundición en coquilla ....................................... 41



CAPITULO V: DISEÑO DE LA COQUILLA .......................................................................... 42

5.1. DISEÑO DE LA COQUILLA ........................................................................................ 42

Transferencia de calor ...................................................................................................... 42

Presión Metalostática ........................................................................................................ 42

Contracción .......................................................................................................................... 43

Teoría de fluencia de Von Mises-Hencky ............................................................................. 44

5.2. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA TRANSFERENCIA DE CALOR .................... 45

5.2.1. La coquilla ..................................................................................................................... 45

5.2.2. Selección del material .................................................................................................. 45

5.2.3. Cálculo del calor contenido en el metal fundido ......................................................... 45

5.2.4. Cálculo del tiempo de desmoldeo ................................................................................ 47

5.2.5. Cálculo del espesor de la coquilla .......................................................................... 48

5.3. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA PRESIÓN METALOSTÁTICA

51

5.3.1. Cálculo del espesor de la coquilla considerando la presión metalostática ...... 51

5.4. DISEÑO DE LA COQUILLA POR CONTRACCIÓN DEL ALUMINIO .................. 53

5.5. COLADO DE LA COQUILLA ...................................................................................... 55

5.5.1. Diseño de la mazarota para el colado de la coquilla .................................................... 55

5.5.2. Cálculo de las guías de la coquilla ................................................................................ 58

CAPITULO VI: EJERCICIOS .................................................................................................. 60

EJEMPLO 1 ............................................................................................................................... 60

EJEMPLO 2 ............................................................................................................................... 63

CAPITULO VII: TECNOLOGIA ............................................................................................... 65

7.1. INYECTORA CAMARA FRIA ...................................................................................... 65

7.1.1. USOS ...................................................................................................................... 65

7.1.2. Características ....................................................................................................... 66

7.1.3. Planos Y/o partes .................................................................................................. 67

7.2. INYECTORA CAMARA CALIENTE ............................................................................ 68

7.2.1. Características ....................................................................................................... 69

7.3. EQUIPOS PERIFERICOS ........................................................................................... 69

7.3.1. Extractor de piezas ................................................................................................... 69

7.3.2. Extractor de material................................................................................................ 70

7.3.3. Lubricador de matrices ............................................................................................. 71

7.4. HORNOS: ....................................................................................................................... 72

CAPITULO VIII: AFINES ................................................................................................................. 73

8.1. HORNOS DE FUSIÓN ......................................................................................................... 73



8.2. CONSIDERACIONES ECONÓMICAS DE LA FUNDICIÓN ................................................. 74

BIBLIGRAFIA ............................................................................................................................. 78

LINCOGRAFIA .......................................................................................................................... 78

REFERENCIAS ......................................................................................................................... 78



CAPITULO I: HISTORIA DE LA FUNDICIÓN Y EVOLUCION DE LA FUNDICION

EN EL PERU

1.1. Historia general de la fundición en el Mundo

La utilización de los metales, marca dentro de la historia en nuestro planeta

una etapa tan decisiva como los más sensacionales descubrimientos de

nuestro moderno mundo contemporáneo; sin equivocación, ella llegó a ser la

piedra angular del desarrollo actual. Su importancia es tal, que los sabios

historiadores no pudieron definir las fronteras de las épocas o eras, que con

palabras alusivas: edad de bronce o edad de piedra.

El abandono del uso de la piedra como materia prima natural y la búsqueda

de mejores materiales, sabia satisfacer la necesidad de fabricar herramientas

y armas que al hombre de entonces, le permitiera sobrevivir en un medio

donde la competencia con los animales de la época era totalmente

desventajosa, sin contar con las rigurosas condiciones de desenvolvimiento

habitacional. Todo ello forzó la búsqueda de materiales y procesos para

conformar metales que se descubrirían al finalizar la edad de piedra, dando

paso al nacimiento de la metalurgia.

La fundición de metales es una tecnología prehistoria, pero que aparece

recientemente en los registros de la arqueología, nació cuando los antiguos

usaron las tecnologías del fuego, llamadas piro tecnologías las cuales

proveyeron las bases del desarrollo de la fundición. Se usó el calor para lograr

hierro esponjoso y el barro quemado para producir cerámica.



Los objetos metálicos antiguos que conocemos, tiene más de 10,000 años y

no se produjeron por fusión, sino que fueron forzados, eran pequeños

pendientes y collares, los cuales fueron martillados de pepitas de cobre nativo

y no requirieron soldadura. El periodo arqueológico en el cual el trabajo del

metal tomó lugar, fue el Neolítico.

Los metales nativos fueron tal vez considerados simplemente como otro tipo

de piedra y usaron los mismos métodos de trabajo empleados con la piedra.

Así el cobre se empezó a trabajar como una piedras, la aparición del hierro

esponja y de cerámicas en el Neolítico evidencia de que el fuego se usó para

otros materiales al igual que para la piedra.

La fecha exacta del inicio de la fundición como proceso no se conoce.

Todo parece indicar que el hierro fue descubierto bajo el mandato del

emperador chino FOU-HI aproximadamente en el año 5,000 A. C.

La búsqueda de mejores materiales, debía satisfacer la necesidad de fabricar

herramientas y armas que al hombre de entonces le facilitaran la

supervivencia y la competencia con los animales y el medio. Los arqueólogos

llaman calco lítico al periodo en el cual los metales fueron por primera vez

dominados y precedió a la edad de bronce aproximadamente entre el 5,000 y

3,000 A. C.

Análisis de objetos antiguos sugieren que la forja del metal se conoció antes

de desarrollar la fusión de los metales; los hornos eran rudimentarios, no

obstante la evidencia demuestra la gran habilidad para lograr elevadas

temperaturas, usando como combustible el carbón de leña.

Los moldes eran de piedra. Se usó el tradicional uso de la piedra al trabajo de

la piro tecnología. Las que se tallaban tenían textura blanda como la esteatita

y la andesita. La mayoría de los moldes eran abiertos y no necesariamente

hechos para objetos planos, algunos moldes eran multitrabajo y tenían

cavidades talladas en cada lado del bloque de piedra.

En la edad del bronce inicialmente, se trabajaron los metales en frío por

martilleo, para fabricar armas y herramientas

No se sabe ciertamente como se introdujo el fuego para el trabajo de los

metales, pero existen hipótesis que atribuyen esto al azar, donde

accidentalmente un incendio forestal provocaría las altas temperaturas

necesarias para reducir rocas metalíferas, mostrando la forma de obtener mejor

materia para el trabajo de los metales

Parece ser que el trabajo del cobre y el bronce nacieron entre los años

5,000 y 3,000 a.m. entre los pobladores de Asia occidental y la costa

del mediterráneo. Se piensa que estos metales se obtenían por fusión

de ricos minerales de malaquita, usando como combustible el carbón



de leña. Para ello se utilizarían hornos de arcilla de tiro natural,

obteniendo de pequeñas cantidades de un material esponjoso que

sería conformado por martillado.

Gracias al hallazgo de armas, utensilios, monedas, estatuas y otros objetos;

en poblaciones Sirias, Egipcias, Hebreas y Europeas, es posible confirmar

que el hierro era trabajado siete siglos antes de cristo. También en el templo

de Karnak en el valle de Nilo, se encontró un mural con la representación de

una fundición que existió en el año 1,500 A.

C. La mayoría de los objetos fabricados por los egipcios eran aleaciones de

cobre con estaño, arsénico, oro y plata.

Los moldes fueron manufacturados en piedra blanda, donde tallaron la

cavidad de la pieza a fabricar. Parece ser que inicialmente, se vaciaba cobre

en moldes abierto y que posteriormente en la edad de bronce, apareciera el

vaciado en moldes cerrados, haciendo uso a una técnica que hoy se

asemejaría al moldeo a la cera perdida.

El progreso en la fabricación de piezas cada vez más complejas tales como

espadas, ruedas, campanas y otros objetos, desembocan en la aparición del

hierro en la antigua Grecia en las vecindades del primer milenio A. C.

Más tarde varia culturas trabajarían el hierro, apareciendo piezas aleadas, sin

embargo, serian muchos años después, cuando se conociera la forma de

reducir grandes cantidades de minerales ferrosos.

1.2. Historia de la fundición en Mesoamérica

Cuando los españoles llegaron a América, ésta se hallaba, en términos

generales, en la edad de Bronce. Mucho ha intrigado a los historiadores que

no se hubiera pasado a la edad del Hierro, ya que por sus avances en otras

ramas se podría prever que disponían de conocimientos para haberlo hecho.

Si comparamos el desarrollo de la metalurgia americana con la europea o la

asiática, es evidente que la primera debió estar atrasada, desde el punto de

vista temporal, respecto a las dos últimas entre 2,000 y 3,000 años. Esta

misma separación cronológica hace pensar que la metalurgia americana,

como confirmaremos con otros argumentos posteriores, es un desarrollo

independiente.

El estudio de la metalurgia es una herramienta útil para conocer el desarrollo

cultural de un pueblo, dado que para producir, de manera constante,

abundantes objetos de metal se necesita una serie de conocimientos

metalúrgicos previos, tales como.

La obtención del mineral a partir de sus minas. (Minería).

1. La reducción del mineral para extraerle el metal. (Metalurgia extractiva).

2. La obtención de aleaciones.



3. La elaboración de objetos por algún método mecánico (Martillado en frío o

en caliente).

4. La elaboración de objetos metálicos por fusión y colado en moldes.

(Fundición).

5. La aplicación de técnicas de soldadura, pulido, decoración, etc.

De lo anterior, se puede afirmar que un pueblo que elabora objetos de metal,

diferente del oro o el cobre nativo, en cantidades grandes, ha debido recorrer

este largo camino en el que realizó un acopio de conocimientos tecnológicos

y como este arte era realizado por los maestros metalúrgicos, debió haber al

menos un incipiente desarrollo social, con tareas diferentes para los

campesinos, los alfareros, los fabricantes de armas y adornos y los maestros

metalúrgicos.

El nacimiento de la metalurgia en América se produjo en dos puntos muy

distantes entre sí para considerar que uno pudo tener influencia en el

desarrollo del otro. El más antiguo comenzó con la elaboración de objetos

metálicos a partir de cobre de los grandes lagos de Norteamérica, explotando

los enormes yacimientos de cobre nativo de la Isla Royale entre el 4,000 a.c.

y el 1,000 d.c., mientras que los antiguos pobladores del Perú comenzaron a

elaborar objetos de oro nativo que obtenían de la arena de los ríos alrededor

de 1,200 a.c.

Sin embargo, la cultura del cobre nativo de Norteamérica no siguió

evolucionando, desde el punto de vista tecnológico, mientras que la del Perú

constituyó la cuna del desarrollo metalúrgico de esta región.

En el comienzo de la minería no se construían túneles, sino que se exploraba

la montaña, buscando la zona en donde la veta llegaba a la superficie. Por el

efecto del aire y las lluvias, los sulfuros se convirtieron en carbonatos. Los

sulfuros de cobre son de color gris, poco llamativo, mientras que los

carbonatos de cobre son de color verde como la malaquita o azul como la

azurita. Algunos de los óxidos de cobre que los acompañan son rojizos y en

algunos casos se puede encontrar cobre nativo en la superficie. Pensamos

que los colores llamativos de los minerales pudieron haber inducido al hombre

de aquellas épocas a recogerlos y tratar de elaborar con ellos cosas

semejantes a las que hacían con otras piedras.

Nosotros descubrimos minas indígenas de cobre en una zona situada al norte

de la laguna del Infiernillo, en el estado de Michoacán, guiados por

declaraciones indígenas contenidas en el Legajo 1204 del Archivo General de

Indias fechado en 1533 donde se las describe como minas que estaban en

explotación durante el gobierno del último Calzoncí.



Se puede resumir nuestros hallazgos diciendo:

1. Las minas son de tajo abierto, es decir, cuando encontraban la veta en la

superficie, comenzaban a cavar para retirar el mineral.

2. En las paredes de las minas no se aprecia el empleo de fuego para

quebrar las piedras como algunos autores han sostenido.

3. Por la forma de las paredes, se puede decir que no se empleó pólvora ni

herramientas de hierro, lo que permitiría decir que no son hechas por

gambusinos, sino que se trabajaba con cuñas, posiblemente de madera o

astas de animales, para lograr el desprendimiento de las piedras.

4. Las únicas herramientas encontradas en superficie fueron molcajetes de

piedra para moler el mineral, llamados hoy en día en la zona, tiqüiches,

aunque no sabemos el origen de dicho nombre, y mazos de piedra.

5. En la proximidad de una de las minas encontramos una mesa de molienda,

tallada sobre una piedra.

6. Las minas de tajo abierto tienen el inconveniente que cuando las paredes

alcanzan ángulos más agudos que 45º, se caen. Esto es lo que debe haber

sucedido en las minas hundidas de Churumuco descritas como tales en el

Legajo y encontradas durante nuestro recorrido por la zona.

7. Los indígenas dicen en el Legajo que recogían piedras verdes y a partir de

ellas obtenían el cobre. Esto hace pensar que utilizaban los carbonatos de

cobre, tales como malaquita, y por lo que se puede apreciar en los terrenos

de las minas prehispánicas que encontramos, éste es el mineral que extraían.

8. Los indios dicen que en Churumuco trabajaban veinte fundidores y que en

un día recogían cada uno de ellos medio celemín de polvo y piedra, cantidad

cercana a los 2.3 litros. Después de fundirlo soplando con cañutos sacaban

un lingote del largo y ancho de la mano y de dos dedos de espesor y dichos

lingotes son la manera como se manejaban y se manejan los metales brutos

de fundición. En esa época recibía el nombre de Xeme, el lingote prehispánico

al que nos estamos refiriendo y debía pesar alrededor de 4.5 kilogramos.

9. Parecería, por lo que dicen los indios fundidores, que en cada mina

trabajaban 20 fundidores, los que producían por día, una carga y todos juntos

producían por mes un montón. Por lo tanto, la carga tenía 20 lingotes y pesaba

alrededor de 90 kilogramos, y el montón, que era la producción de 20 días,



dado que en el mundo prehispánico mesoamericano el mes tenía 20 días. Este

montón pesaba 1800 kilogramos

Los fundidores también dicen que ellos tenían sus sementeras al pie del cerro,

y cuando el Calzoncí les pedía cobre ellos lo fabricaban. Esto hace pensar

que el trabajo del fundidor no era permanente, sino que trabajaban como

labriegos y, en caso que se necesitara cobre, trabajaban como fundidores.

1.3. La obtención de aleaciones en la antigua Mesoamérica.

Largo tiempo debe haber transcurrido desde que el hombre originario de

Mesoamérica aprendió primero a fundir los metales nativos, luego a reducir

los minerales, hasta que supo que fundiéndolos mezclados o reduciendo los

minerales mezclados o minerales mixtos, se podían obtener metales con

propiedades diferentes a los metales puros. Estas mezclas de metales son

llamadas aleaciones. Por ejemplo, para fabricar un bronce, es decir, una

aleación de cobre y estaño, se debió conocer un gran número de técnicas

tales como:

1. La molienda del mineral de cobre y la obtención de cobre.

2. La molienda del óxido de estaño (casiterita) y la obtención de estaño

metálico ya que dicho metal no se encuentra como metal nativo en la

naturaleza.

3. Aprender la manera de fundirlos juntos para no perder a uno de ellos por

oxidación.

4. Como alternativa sería posible la reducción simultánea del mineral de cobre

con mineral de estaño.

Nosotros hemos probado que en la Huasteca Potosina se empleaba el método

5. Los análisis de las aleaciones madres provenientes de esta región afirman

estos resultados. En nuestro estudio de las escorias que encontramos en

Xiuhquilan7 se confirmó que eran escorias antiguas y no escorias españolas

o modernas, por la gran cantidad de glóbulos de metal atrapados en ellas. En

algunas, los glóbulos son de cobre, pero en otras los glóbulos son de cobre-

arsénico, y se observan también vetillas de sulfuro de cobre lo que indica que

ya se estaban reduciendo minerales sulfurados. Algunas culturas

mesoamericanas, tales como la purépecha, prefirieron fabricar los objetos



utilitarios tales como hachas, escoplos, cinceles, buriles, agujas, alfileres,

anzuelos, etc., en metal, mientras que otras culturas siguieron utilizando

herramientas de piedra.

Los metales, en Mesoamérica, especialmente las aleaciones de cobre, fueron

muy utilizados en la elaboración de herramientas. En estos casos es bien

diferenciado el uso del cobre para la elaboración de objetos de adorno,

mientras que prefieren el empleo del bronce para la fabricación de

herramientas. Algunas pinzas de depilar de esta zona, que frecuentemente se

piensa que se fabricaban en plata, son de bronce de alto estaño.

También encontramos, analizando trozos de alambre provenientes de las

excavaciones en Tzin-Tzun-Tzan, un alambre fabricado con una aleación de

Cu-Zn, cosa que es poco usual. Sin embargo, revisando los análisis

disponibles de otras partes de América, encontramos otros pocos casos de

fabricación de latones. Los análisis prueban que el latón, de composición

parecida al símil oro actual, por el contenido de impurezas no es una aleación

colonial ni moderna.

Sin duda, los pobladores de Mesoamérica, en su conjunto, sabían elaborar

una serie de aleaciones, entre las que se destacan aleaciones binarias de Cu-

Ag, Cu-Sn (bronces), Cu- As (bronces arsenicales), Cu-Sb (bronces al

antimonio), Cu-Pb (cobre al plomo) y Cu-Zn (latón), mientras que la aleación

Au- Ag es una aleación que se encuentra en estado nativo. De las aleaciones

ternarias conocían Au-Ag-Cu (tumbagas), y Cu - Sn - As y Cu - Ag - Pb. Sin

embargo no todas las culturas metalúrgicas mesoamericanas sabían fabricar

todas ellas sino que su empleo parece estar derivado de los minerales

existentes en cada zona.

Códice Mendocino mostrando un fundidor.



Códice Florentino donde se muestra a un par de fundidores trabajando.

1.4. EVOLUCION DE LA FUNDICION EN EL PERU

1.4.1. Resumen

Las raíces metalúrgicas del Perú se remontan a las épocas pres incas donde

el poblador andino logró el dominio de las más sofisticadas técnicas para

fundir, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales. En esta revisión

mostramos como la experiencia metalúrgica nacional se ha ido gestando

para consolidarse en la actualidad en plantas industriales, procesos,

formación de capacidades a nivel de pre y posgrado, investigaciones,

publicaciones y redes metalúrgicas,

ha vinculación a nivel de redes en la que participen las instituciones,

empresas, universidades, institutos y centros de investigación; permitirá

generar una sinergia para trabajar en equipo en el planeamiento y ejecución

de proyectos con visión país„ para la minería artesanal tan dispersada a

nivel nacional, en el fortalecimiento de la debilitada mediana minería e

incursionar en megaproyectos de gran envergadura para potenciar la

industria química y metal mecánica nacional son los desafíos actuales que

el país necesita con urgencia.

La metalurgia prehispánica en América tuvo un proceso de desarrollo

autónomo respecto a influencias extra continentales. Estrictamente en

Sudamérica, el centro vital del desarrollo habría estado en la región andina.

Ha subregión nor andina y los Andes centrales constituyeron polos de

desarrollo de la metalurgia precolombina



El Perú es un país minero por excelencia y las poblaciones que se

asentaron en su territorio desarrollaron una larga tradición metalúrgica

que se remonta a más de

1O, OOO anos de antigüedad. Esta tradición se inicia con la extracción de

minerales no metálicos como el cuarzo, riolita, toba, cuarcita y calcedonia;

con la finalidad de elaborar instrumentos de caza, pesca y recolección;

constituyéndose en la actividad minera más antigua de los Andes

El poblador andino logró en dos mil años de experimentación, el dominio

de técnicas para fundir, alear, amalgamar, laminar, unir y soldar los metales.

Ha técnica de la soldadura fue conocida por las denominadas culturas

regionales (LOO-8OO DC). Los estudios realizados sobre la cultura Moche

por Walter Alxa en el sitio de Sipán, encontraron un conjunto de ofrendas

trabajadas en diversos metales (oro, plata y cobre), evidenciando un trato

naturista, exquisito y a la vez sofisticado en cada una de las piezas; además

se reporta un amplio dominio de la técnica de soldadura en frío para unir

los metales, a través de engrapes, traslapes, remaches y lengüetas;

detalles técnicos que no restaron calidad y expresión artística a los múltiples

ornamentos encontrados.

En el periodo hispánico nuestro país tuvo el privilegio de realizar las

primeras experiencias en hidrometalurgia -técnica que consiste en el

tratamiento de aguas de mina para extraer cobre-, llevadas a cabo por

Alonso Barba en 1637. Pasaron muchos anos hasta después de la

independencia de España, 1848, cuando el químico Pedro Hugón instaló en

Arqueta (Cajamarca) una planta de lixiviación usando el proceso Augustín.

En 189O, en Hualgayoc, se iniciaron los primeros ensayos de lixiviación, un

año más tarde se instalaron dos talleres de lixiviación en Hualgayoc y

Bambamarca.

En 1892, se instalan tres plantas de lixiviación con hiposulfito de sodio en San

José (Castroxirreyna), Gazuna (Cajatambo) y Pilancos (Hualgayoc). Samamé



Boggio en su monumental obra Perú Minero, menciona que la compañía

Minera Pataz (El Gigante) empezó con el tratamiento de minerales de oro

por el método de cianuración en 1895. A fines de 1897 funcionaban en el

Perú, trece (13) plantas de lixiviación.

En 1945, el Perú comenzó a producir soluciones de sulfato de zinc a partir

de minerales sulfurados.

En 1975, se empezó a aplicar el sistema de intercambio iónico en Cerro

Verde.

En la década de 198O emergen plantas hidrometalúrgicas de envergadura

tales como „ Cajamarquilla, Cerro Verde, planta de agua de mina en Cerro de

Pasco, Yanacocha. Existen varios proyectos en desarrollo con perspectivas de

implementar tecnologías limpias y con bajo impacto ambiental.

1.4.2. Algunas Plantas y empresas metalúrgicas en el Perú conforme

avanzo el desarrollo de la metalúrgica

Actualmente, a nivel nacional, existen plantas metalúrgicas con capacidad

de altos tonelajes de procesamiento como ha Oroya ello, también existen

plantas pilotos con capacidad de medianos tonelajes como la que cuenta la

Escuela de Ingeniería Metalúrgica de la UNMSM y empresas de mediano

porte. Además en el campo de las aleaciones metálicas existen importantes

empresas de gran reconocimiento internacional, a continuación

mencionamos las plantas y empresas metalúrgicas que operan en el país y

las empresas de servicios asociados a la actividad minera.

MILPO

Es un grupo minero orientado al desarrollo y operación de minas medianas

de bajo costo, productoras de zinc, cobre, plomo y plata. Sus principales

operaciones son:

La Mina El Porvenir, situada en Cerro de Pasco, Perú. Esta mina

produce anualmente 19O, OOO TM de concentrados de zinc; 46, OOO TM

de concentrados de plomo y 4,4OO TM de concentrados de cobre.

La Mina y Refinería Iván, adquirida por Milpo en 1999, se encuentra

situada en Antofagasta, Chile. Esta unidad tiene una capacidad de

producción de 4O TM de cátodos de cobre por día.

PIERINA

Es una operación ubicada en el departamento de Ancash a tajo abierto

que se extrae del mineral con equipos de alta tecnología. El mineral es

chancado, lixiviado, decantado, filtrado, precipitado y refinado, para



obtener el Dore (oro-plata) con bajos costos operativos y alta rentabilidad.

ORCOPAMPA

Una de las unidades operativas de la compañía de minas Buenaventura que

en el aspecto metalúrgico viene realizando diversos trabajos uno de ellos

es el procesamiento parcial de los concentrados de flotación por

cianuración, habiéndose logrado tratar 1, OOO toneladas de

concentrados. También se ha iniciado la instalación de un molino de bolas

1L´<16´ para mejorar la granulometría del mineral enviado a flotación. Con

la instalación de este equipo esperan incrementar, en el futuro, la capacidad de

la planta Concentradora a 1,5OO TPD.

CENTROMIN PERÚ

Desde 199L y por mandato legal, CENTROMIN PERÚ S. A. ha tenido

actuando inmerso en un proceso de gestión empresarial, inédito y dual;

manifestado por un lado en el cumplimiento eficiente de una gestión

productiva, comercial y administrativa señalada en sus estatutos; y por otro

lado el cumplimiento estricto de un proceso de promoción de la inversión

privada y la transferencia de todas sus unidades productivas y activos al

sector privado; acciones que tienen entrando en su última fase.

DOE RUN PERU

Es la compañía integrada de extracción, fundición, fabricación y reutilización

de metales más grande del mundo. Doe Run Company es propiedad de Renco

Group, Inc. una empresa privada constituida en la ciudad de Nueva York.

El liderazgo de larga tradición de la compañía Doe Run en la industria de

los metales y como mayor productor de plomo en los Estados Unidos se

fortalece enormemente con la adquisición de la fundición y refinería de

ha Oroya, Perú. Este complejo de la Doe Run Perú inicia sus operaciones

en 1997 con la producción de metales como cobre, plata, zinc, oro y

especialmente plomo.

MINSUR S.A

San Rafael y la Planta Fundición y Refinación, son las Unidades económicas

en las que se han desarrollado las actividades de producción de la empresa.

la planta de beneficio en la unidad de producción de San Rafael, cuenta con

capacidad instalada de tratamiento de 15OO toneladas diarias, operándose

con éxito al 1OO% de su capacidad. Ha planta de Fundición y Refinación

Ubicada en Pisco, cuenta con una capacidad instalada para la producción

de 3O, OOO toneladas al año.



PLANTA FUNDICIÓN FUNSUR

Ubicada en el Departamento de Ica, provincia de Pisco en el Kilómetro L4O

de la Panamericana Sur se ha construido la planta metalúrgica más moderna

del Perú. En FUNSUR los concentrados son procesados mediante aplicación

de tecnología de punta, denominado «de baño sumergido», con la patente

SIROSMEhT para producir un estaño de alta calidad que permite al Perú

ponerse en el primer lugar a nivel latinoamericano en este valioso metal.

SOUTHERN PERÚ

Es una compañía que transforma recursos naturales, es un productor

integrado de cobre y la compañía minera más grande del Perú. A nivel

mundial, Southern Perú está entre las diez principales productoras privadas de

cobre. Fundada el 15 de diciembre de 1955 por cuatro compañías de los

Estados Unidos de Norteamérica, Southern Perú opera en el país desde

1956 y entre sus principales productos destacan el cobre, el molibdeno y la

plata. La misión de la compañía es obtener los mejores resultados

económicos- financieros con el uso eficiente de sus activos, mediante un

crecimiento sostenido y observando altos niveles corporativos de

cumplimiento en los aspectos ambiental, cívico y social.

ANTAMINA

Compañía Minera Antamina S.A. (CMA), es una empresa constituida en el

Perú, regida por leyes peruanas, y cuyos accionistas son cuatro compañías

líderes en la minería internacional„ Noranda Inc., con el 33,75%, BHP Billiton

Plc., con el 33,75%., TecK-Cominco himited, con el LL, 5%, Mitsubushi

Corporation, con el 1O%.

En la década del 5O del siglo pasado, el yacimiento de Antamina estuvo

dentro de la cartera de exploración de la Cerro de Pasco Corporation, la que

concluyó en un positivo estudio de factibilidad técnico-económico, pero la

situación política del país de esa época hizo que su explotación se pospusiera

indefinidamente. Después de un proceso de dos años de exploraciones y tres

años de construcción de su complejo minero inició sus operaciones de

prueba el 28 de mayo del 2OO1, luego de concretarse la mayor inversión

en la historia de la minería peruana. Después de cinco meses de dar inicio a

sus operaciones en prueba, Antamina comenzó su producción comercial

el 1° de octubre del 2OO1, produciendo concentrados de cobre y zinc, y

otros subproductos.

CONCEPTOS BASICOS DE FUNDICIÓN



Proceso mediante el cual una sustancia sólida se derrite por la acción

del calor. Este material se deja solidificar dentro de un molde

obteniéndose piezas de diversas formas y dimensiones.

Proceso muy antiguo y considerado arte en muchas de sus etapas.

Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de

metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El

principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde

y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se

deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La

fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad,

aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el

fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no

ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o

troquel de acero), la forja (proceso de deformación en el cual se

comprime el material de trabajo entre dos dados usando impacto o

presión para formar la parte).

La extrusión (es un proceso de formado por compresión en el cual el

metal de trabajo es forzado a fluir a través de la abertura de un dado

para darle forma a su sección transversal), el mecanizado y el laminado

(es un proceso de deformación en el cual el espesor del material de

trabajo se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por dos

rodillos opuestos).

Fundición: Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas,

comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir

un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se

solidifica.

El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material

refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla,

adquiere cohesión y maleabilidad sin perder la permeabilidad que

posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal

fundido.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metal

http://es.wikipedia.org/wiki/Pl%C3%A1stico

http://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_%28cambio_de_estado%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Fusi%C3%B3n_%28cambio_de_estado%29

http://es.wikipedia.org/wiki/Solidificaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Arena

http://es.wikipedia.org/wiki/Refractario

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas



CAPITULO II: FUNDAMENTOS

2.1. INTRODUCCIÓN

La fundición es un método para dar forma a los metales y convertirlos en

productos útiles mediante el vaciado de metal fundido en la cavidad de un molde

donde adquiere la forma predeterminada al solidificarse dentro de la misma.

Los procesos de fundición son capaces de producir piezas de formas complejas

y gran tamaño. Además, permiten utilizar mayor variedad de materiales en

forma competitiva en comparación con otros procesos.

2.2. FUNDAMENTO DE LA FUNDICIÓN DE METALES

El proceso de fundición consiste en el vaciado de metal fundido en un molde

construido siguiendo la forma de la pieza a manufacturarse y la posterior

extracción una vez que el mismo solidifica.

Los factores involucrados de mayor interés son el flujo del metal fundido en la

cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal en el molde y la

influencia del tipo de material del molde.

2.2.1. Solidificación de los metales

Los eventos que se producen durante la solidificación y posterior

enfriamiento determinan las propiedades generales de la fundición a través

de las propiedades térmicas tanto del metal como del molde, la relación

geométrica entre el volumen y área superficial y la forma del molde

2.2.1.1. Metales puros

La solidificación de un metal puro (figura 1) se produce a una temperatura

constante definida mientras el calor latente de fusión se disipa. El frente

de solidificación se mueve a través del metal fundido a partir de las



paredes del molde (mayor gradiente de temperatura) hacia el centro. La

rapidez de enfriamiento produce una cáscara de granos finos

equidimensionados los cuales crecen en dirección opuesta a la de

transferencia de calor

Figura 1: Solidificación de metales

2.2.1.2. Aleaciones

La solidificación de aleaciones se produce entre las temperaturas de

líquidos y sólidos presentando un estado blando (presencia de fase

líquida y sólida) con dendritas columnares las cuales contribuyen a

factores negativos como variaciones en la composición, segregación

y microporosidad.

El tipo de estructura de solidificación depende de la composición del

eutéctico (simetría del diagrama de fases). Las estructuras desarrolladas

y el tamaño de grano resultante influencias las propiedades de la

fundición. Conforme se reduce el tamaño del grano se incrementan la

resistencia y la ductilidad de la aleación fundida, se reduce la

microporosidad y disminuye la tendencia al desgarramiento en caliente

durante la solidificación

2.2.1.3. Estructura

La composición de las dentritas y del metal líquido está dada por el

diagrama de fase de la aleación particular. Con enfriamiento lento cada



dentrita desarrolla una composición uniforme, mientras que a

velocidades mayores se forman dentritas nucleadas (superficie con

concentración más alta de elementos de aleación que el núcleo de la

dentrita por micro segregación).

Los brazos dendríticos no son particularmente fuertes y en las primeras

etapas de la solidificación se pueden romper por agitación o por vibración

mecánica dando como resultado un tamaño de grano más fino (figura 2),

granos no dendríticos equiaxiales distribuidos más uniformemente en

toda la fundición

Figura 2: Tipo de estructura;

2.2.2. Flujo del fluido

El metal fundido es vaciado a través de un de- pósito para fluir por el sistema

de alimentación hacia la cavidad del molde.

Los canales de alimentación son los canales del molde que conectan el

bebedero con los ataques, mientras que las mazarotas actúan como

depósitos para suministrar el metal fundido para evitar la contracción durante

la solidificación. Además tienen la función de atrapar contaminantes (óxidos

y otras inclusiones).

El diseño de canales de alimentación se basa en los principios básicos de

mecánica de los fluidos tales como el teorema de Bernoulli (pérdidas), la ley

de continuidad de la masa y la presencia de turbulencia (problemas con aire

atrapado).

2.2.3. Fluidez del metal fundido

La fluidez es la capacidad del metal fundido de llenar las cavidades del molde

y depende de las características del metal fundido (viscosidad, tensión

superficial, inclusiones, patrón de solidificación de la aleación) y los



parámetros del vaciado (diseño, material y superficie del molde, grado de

súper calentamiento, velocidad de vaciado, transferencia de calor).

2.2.4. Transferencia de calor

La transferencia de calor es de suma importancia durante el ciclo completo

desde el vaciado hasta la solidificación y el enfriamiento hasta la temperatura

ambiente y depende de factores relacionados con el material de fundición y

los parámetros del molde y del proceso.

2.2.4.1. Tiempo De Solidificación

El tiempo de solidificación es función del volumen de la fundición y de

su área superficial según la regla de Chvorinov.

2.2.4.2. Contracción

La contracción es producida por las características de dilatación térmica

durante la solidificación y enfriamiento (mayor contracción) produciendo

cambios dimensionales y agrietamiento.

2.2.5. DEFECTOS

En las fundiciones se pueden generar varios defectos. Estos se identifican

según el Internacional Commite of Foundry como:

Proyecciones metálicas; B- Cavidades;

Discontinuidades;

Superficie defectuosa; E- Fundición incompleta;

F- Dimensiones o formas incorrectas;

G- Inclusiones.

2.2.5.1. Porosidad

La porosidad puede ser causada por contracción y/o presencia de gases

perjudicando la ductilidad y su acabado superficial (más permeable).

La porosidad causada por contracción puede reducirse con el uso de

enfriadores metálicos internos o externos, aumentando el gradiente de

temperaturas. En el caso de gases, éstos pueden ser sacados del metal

fundido mediante lavados con un gas inerte o fundiendo y vaciando en

vacío.



CAPITULO III: FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE

3.1. INTRODUCCIÓN

En el presente capítulo se tratará los procedimientos de fundición en los

cuales el colado se utiliza moldes permanentes.

En los procedimientos que utilizan el colado en molde permanente se hablará

de las características principales de cada uno de ellos.

3.2. FUNDICIÓN EN MOLDE PERMANENTE

La fundición en molde permanente es uno de los procedimientos para obtener

piezas fundidas de elevada precisión y calidad de la superficie.

Entre los procesos que se pueden citar para colado en molde permanente

son los siguientes:

Fundición en coquilla

Fundición en matrices.

Fundición hueca.

Fundición a baja presión.

Fundición con molde permanente al vació.



Fundición centrífuga.

3.2.1. FUNDICIÓN EN COQUILLA

Las coquillas son moldes metálicos permanentes (normalmente de acero o

fundición gris) que, al contrario que el método de moldeo con arena, permite

obtener un número muy elevado de piezas iguales utilizando el mismo

molde. Las coquillas son mucho más caras que los moldes de arena, pero

resulta rentable si se fabrican con ellas un número elevado de piezas (hasta

miles). Presenta otra ventaja, al ser el molde metálico, la velocidad a la que

se enfría la pieza es mayor., además, la precisión de la piezas obtenidas es

mayor

El proceso de fabricación por coquilla es el siguiente:

Se precalienta la coquilla, que normalmente consta de dos partes.

Se vierte el metal y se llena la cavidad.

Se deja enfriar el contenido hasta que se solidifique.

Se abre el molde y se extrae la pieza.

Este proceso utiliza molde permanente o coquilla, en el cual se utilizan

diferentes procedimientos para el colado en coquilla y son los

siguientes:

• Moldeo por inversión

• Moldeo por cothias

• Moldeo en coquilla por gravedad

3.2.1.1. Moldeo por inversión

Este procedimiento tiene como característica en llenar al molde metálico

de cinc puro que se invierte en un tiempo corto en el horno. El metal

forma una película muy delgada la cual queda adherida en las paredes

del molde, con este procedimiento se puede obtener, sin la utilización de



noyos, piezas delicadas y completamente vaciadas, en la superficie

exterior con una bella apariencia. Luego de la colada se vuelve a ser el

mismo procedimiento en el molde para poder colar nuevamente.

Las piezas fundida luego del procedimiento de colado, se somete a una

limpieza para luego ser sumergido en un baño electrolítico, en cual se

recubre con una película de latón.

En este procedimiento es necesario un bebedero con una amplia

abertura superior, sin presentar estrangulamiento en el descenso del

molde.

3.2.1.2. Moldeo cothias

El molde está sólidamente cerrado, se presenta una abertura en la parte

superior generalmente cilíndrica y sin estrangulación hasta bebedero.

El metal fundido se vierte en el molde que esta previamente calentado,

el encargado de dar la fuerza de empuje para que el metal fundido

ingrese dentro del molde es proporcionado por un pistón que se

encuentra en la parte superior.

3.2.1.3. Fundición en coquilla por gravedad

Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado

y las dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe

que para llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad



3.2.2. FUNDICIÓN EN MATRICES O DADOS:

Figura: esquema de una máquina de fundición

por inyección alta presión con cámara fría horizontal

Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, estos moldes

durante la operación se les conoce con el nombre de matriz, la cual

consta de dos partes, en el cual se inyecta metal fundido a alta presión

en la cavidad del molde las presiones típicas para este proceso son de

7 a 350 MPa., esta presión se mantiene durante la solidificación total,

luego las dos mitades de las matrices se abren para remover la pieza.

Características:

Un émbolo fuerza el material dentro de la cavidad del molde

Presiones moderadas a elevadas

Buena precisión dimensional y definición de detalles

superficiales (formas intrincadas y paredes delgadas)

Piezas de hasta 25 kg

Velocidad de producción elevada

Aplicaciones típicas: componentes de motores,

electrodomésticos, herramientas de mano, juguetes.

Dos procesos básicos: – Cámara caliente – Cámara fría

En esta fundición la máquina a la cual cierra las dos partes de la matriz

debe proporcionar un cierre preciso. En la figura 1.1 se presenta la

configuración general de una máquina de fundición en matrices en

cámara fría



Figura 1.1Configuración general de una máquina de fundición en dados

(cámara fría).

2.2.2.1. Cámara fría

Ciclo de la fundición en cámara fría.

En las máquinas de cámara fría el material proviene de un recipiente

externo para realizar la colada, este se vacía en una cámara sin calentar

y se emplea un pistón de alta presión que pueden abarcar entre 14 y 140

MPa, para inyectar el fluido metálico, con respecto a las máquinas de

cámara caliente, esta es más lenta en la elaboración de las piezas,

debido al tiempo que requiere la cucharada de colada para vaciar el



material liquido proveniente de una fuente externa. Sin embargo

igualmente son de alta producción y principalmente se usa para

fundiciones de alto punto de fusión como el aluminio, latón y aleaciones

de magnesio, igualmente es aplicable para fundiciones de bajo punto de

fusión como el cobre, plomo etc, pero para estos últimos es más

apropiado utilizar más maquinas calientes debido a la rapidez del

proceso. El ciclo de producción se explica en la siguiente secuencia de

imágenes.

Características:

El metal se funde en un recipiente externo separado de la máquina

Sistema de inyección entra en contacto brevemente con el metal

fundido

Se pueden procesar aleaciones con temperaturas de fusión más

altas. Los materiales de trabajo típicos incluyen al magnesio,

aluminio y latón. También se pueden fundir cobre y acero, este

último usando matrices de aleación TZM (molibdeno endurecible

por precipitación)

Velocidades de producción de hasta 150 ciclos por hora)

Presiones de inyección de 20 a 150 MPa

Las matrices se lubrican en cada colada. Los mismos se componen de grafito o MoS2 en base aceitosa, dispersados en agua.

2.2.2.2. Cámara caliente

Ciclo de la fundición en cámara caliente.



En las máquinas de cámara caliente se cuenta con un recipiente que

esta adherido a la máquina, en donde es fundido el material y además

de un sistema de inyección que funciona mediante el empleo de un

pistón de alta presión las que comúnmente en la industria se

encuentra en el rango de entre 7 y 35 MPa. El hecho de trabajar a

altas temperaturas genera la imitación de que no se puede trabajar

con metales que tengan altos puntos de fusión, ya que el sistema de

pistón al tomar contacto con el metal fundido provoca la deterioración

del pistón por ataques químicos. Algunos de los metales que se

pueden tratar son cobre, plomo, zinc, estaño. La fundición en cámara

caliente se muestra en la siguiente secuencia de imágenes.

Características:

El metal se funde en un recipiente adherido a la máquina

Sistema de inyección sumergido en el metal fundido

Proceso limitado a metales de bajo punto de fusión. Incluyen al

zinc, aleaciones Al-Zn, estaño, plomo y a veces magnesio

Velocidades de producción comparativamente altas (hasta 500

ciclos por hora)

Presiones de inyección de 7 a 35 MPa

3.2.3. Fundición hueca

Es un proceso en el cual utiliza molde permanente, donde se invierte el

molde para formar un hueco, luego que el metal ha solidificado parcialmente

en la superficie del molde, drenando el metal líquido del centro. La

solidificación el metal líquido comienza desde las partes frías de las paredes

del molde y continua hacia el centro de la fundición conforme avanza el

tiempo. Los espesores de las paredes de las piezas fundidas en este caso

se controlan con el tiempo que ha transcurrido antes de drenar



3.2.4. Fundición de baja presión

Es el proceso que utiliza molde permanente y fundición hueca, la cavidad es

llenado por acción de la gravedad, la presión aplicada es 0.1 MPa aplicada

desde abajo, de manera que el metal fluye hacia arriba, como se observa en

la figura 1.4, la presión se mantiene hasta que la pieza se solidifique.

Una de las ventajas de este proceso es que solamente se introduce metal

limpio que se encuentra dentro de un contenedor, por la razón que el metal

no se expone al medio ambiente, por lo tanto se reduce las porosidades, se

reduce la oxidación y se mejoran las propiedades de la pieza fundida.

Figura 1.4: Fundición a baja presión.

Figura 1.5: Fundición en molde permanente al vació.



3.2.5. Fundición de molde permanente al vacío

Figura: diagrama de fundición al vacío

Es proceso en el cual se utiliza un vació para introducir el metal fundido

dentro de la cavidad del molde, es un proceso similar la fundición de baja

presión, aquí únicamente se utiliza una presión reducida dentro del molde,

por esta razón el metal fundido es atraído en la cavidad del molde, en lugar

de forzarlo por una presión positiva del medio ambiente desde abajo, una de

las principales ventajas de este proceso es que se reduce las porosidades y

se obtiene una mayor resistencia de la pieza fundida en relación a la

fundición de baja presión

3.2.6. Fundición centrifuga

3.2.6.1. Fundición centrifuga pura

El eje de la pieza es el mismo que el eje de rotación del molde, el metal

fundido es vaciado en el molde rotativo mientras está girando, en general

el eje de rotación es horizontal y para piezas cortas el eje de rotación es

vertical, las altas velocidades de rotación impulsan al metal fundido a

tomar la forma de la cavidad del molde.

Con este proceso se pueden obtener piezas de formas redondas,

cuadradas y poligonales.



En la figura 1.6 se representa una máquina para la fundición centrifugada

pura.

Figura 1.6: Disposición de la fundición centrífuga real

La orientación del eje de rotación del molde puede ser horizontal o vertical, pero esta última es la más común. Para que el proceso trabaje satisfactoriamente se calcula la velocidad de rotación del molde en la fundición centrifuga horizontal. La fuerza centrífuga está definida por la ecuación:

𝐹 =𝑚𝑣2

𝑅

𝐺𝐹 =𝐹

𝑊=

𝑚𝑣2

𝑅𝑚𝑔=

𝑣2

𝑅𝑔

Donde: F = fuerza (N) m = masa (Kg) v = velocidad (m/s) R = radio interior del molde (m) W = mg es su peso (N) g = aceleración de la gravedad (𝑚 𝑠2⁄ )

El factor-G GF es la relación de fuerza centrífuga dividida por el peso



La velocidad v puede expresarse como 2πRN / 60 = πRN / 30, donde N velocidad rotacional rev/min. Al sustituir esta expresión en la ecuación (2.9) obtenemos

𝐺𝐹 =𝑅 (

𝜋𝑁30 )

2

𝑔 (2.10)

Con un arreglo matemático para despejar la velocidad rotacional N y usando el diámetro D en lugar del radio, tenemos

𝑁 =30

𝜋√

2𝑔𝐺𝐹

𝐷 (2.11)

Donde: D = diámetro interior del molde (m) N= velocidad de rotación (rev/min)

Si el factor-G es demasiado bajo en la fundición centrífuga, el metal líquido no quedará pegado a la pared del molde durante la mitad superior de la ruta circular sino que “lloverá” dentro de la cavidad. Ocurren deslizamientos entre el metal fundido y la pared del molde, lo cual significa que la velocidad rotacional del metal es menor que la del molde. Empíricamente, los valores de GF = 60 a 80 son apropiados para la fundición centrífuga horizontal, aunque esto depende hasta cierto punto del metal que se funde.

En la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa en el metal líquido causa que la pared de la fundición sea más gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundición tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte superior y del fondo se relaciona con la velocidad de rotación como sigue:

𝑁 =30

𝜋√

2𝑔𝑙

𝑅𝑖2 − 𝑅𝑏

2 (2.12)

Donde: L = longitud vertical de la fundición (m) Rt = radio interno de la parte superior de la fundición (m)

Rb = radio interior en el fondo de la fundición (m).

Se puede usar la ecuación (2.12) para determinar la velocidad rotacional requerida para la fundición centrífuga vertical, dadas las especificaciones de los radios internos en la parte superior y en el fondo. De la fórmula se desprende que para igualar a Rt, y a Rb, la velocidad de rotación N tendría que ser infinita, lo cual desde luego es imposible. En la práctica



es conveniente que la longitud de las partes hechas por fundición centrífuga vertical no exceda de dos veces su diámetro. Esto es satisfactorio para bujes y otras partes que tengan diámetros grandes en relación con sus longitudes, especialmente si se va a usar el maquinado para dimensionar con precisión el diámetro interior. Las fundiciones hechas por fundición centrífuga real se caracterizan por su alta densidad, especialmente en las regiones externas de la pieza, donde F es más grande. La contracción por solidificación en el exterior del tubo fundido no es de consideración, debido a que la fuerza centrífuga relocaliza continuamente el metal fundido hacia la pared del molde durante la congelación. Cualquier impureza en la fundición tiende a ubicarse en la pared interna y puede eliminarse mediante maquinado si es necesario,

3.2.6.2. Fundición semi centrifuga

En este método se usa la fuerza centrífuga para producir fundiciones

solidas en lugar de partes tubulares, como se muestra en la figura. La

velocidad de rotación se ajusta generalmente para un factor-g alrededor

de 15, y los moldes se diseñan con mazarotas que alimenten metal

fundido desde el centro. La densidad del metal en la fundición final es

más grande en la sección extrema que en el centro de rotación. El

proceso se usa frecuentemente para producir fundiciones en la que se

elimina el centro mediante maquinado, excluyendo así la porción de más

baja calidad. Los volantes y las poleas son ejemplos de fundiciones que

pueden hacerse por este proceso. Se usan frecuentemente moldes

consumibles o desechables en la fundición semi-centrífuga, como

sugiere nuestra ilustración del proceso

Diagrama de flujo final

3.2.6.3. Fundición centrífuga

En esta función el molde se diseña con cavidades parciales localizadas

lejos del eje de rotación, de manera que la fuerza centrífuga distribuya la



colada del metal entre estas cavidades. El proceso se usa para partes

pequeñas, la simetría radial de la parte no es un requerimiento como en

los otros dos métodos de fundición centrífuga.

En la figura 1.8 se representa un esquema a) Centrifugado, la fuerza hace

que el metal fluya a las cavidades del molde del eje de rotación y b) la

pieza fundida.

Figura 1.8: Centrifugado.



CAPITULO IV: COQUILLA

4.1. INTRODUCCIÓN

En la actualidad debido a la demanda que se encuentra en el mercado, las

empresas que se dedican al proceso de fundición están utilizando la producción

en serie para disminuir los costos en el proceso de fabricación de piezas

fundidas, ya que el moldeo a mano requiere mucho personal, mayor tiempo en

la elaboración de los moldes y además tiene muchas limitantes.

La producción en molde permanente o coquilla es uno de los procesos que

está sustituyendo al moldeo a mano debido a las ventajas que presenta este

proceso en relación al moldeo a mano.

En el presente capítulo se va tratar sobre el proceso de colado en molde

permanente (coquilla) por gravedad.

4.2. COQUILLA

Una coquilla básicamente es un tipo de intercambiador de calor la cual está

sujeto a las leyes de transferencia de calor.

Las coquilla para la fundición por gravedad usa un molde metálico construido

de dos secciones las mismas que están diseñadas para cerrar y abrir con

precisión y facilidad.

Las cavidades del metal junto con las de vaciado son hechas por maquinado,

en las dos mitades del molde con la finalidad de obtener precisión en las

dimensiones y un buen acabado superficial.

4.3. FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD

En este proceso el metal fundido penetra en el molde por su propio peso, el



metal fundido puede estar en un contenedor o en una cuchara de fusión fuera

de la coquilla.

Este proceso se puede utilizar para piezas donde la calidad del acabado y as

dimensiones no está sujeto a restricciones de calidad. Esto se debe que para

llenar la cavidad del molde utiliza únicamente la gravedad.

El proceso de fundición en coquilla uno de los inconvenientes es la baja

presión, la contaminación del metal por fusión de parte del crisol y del molde.

Por esta razón sólo se utiliza en aleaciones de plomo, estaño, aluminio y en

casos en que las impurezas de hierro no perjudiquen al uso de la pieza

4.3.1. FASES DE LA FUNDICIÓN EN COQUILLA POR GRAVEDAD

Las fases del proceso de fundición en coquilla por gravedad se describen a

continuación.

Primera fase: dosificar el metal. Una cuchara de colada se sumerge en el

baño de aluminio y toma el volumen necesario para el llenado de la coquilla.

Segunda fase: El llenado de la coquilla se realiza por la bajada de colada,

el canal de alimentación y por las entradas de la alimentación. Penetrando

en la coquilla.

Tercera fase: las mazarotas, que sirven para compensar la contracción del

metal de la pieza en el momento de la solidificación. Durante la colada y con

el fin de evitar que se creen cavidades por la contracción del metal, se

rellenan unas masas alimentadoras o reservas de metal líquido, llamadas

mazarotas.

Estas mazarotas guardan el metal líquido durante más tiempo, y este metal

alimentará la pieza durante la solidificación e impedirá la formación de

cavidades llamadas rechupes.

4.3.1.1.1. Pasos para la fundición en coquilla por gravedad

Los pasos para el proceso de fundición en coquilla por gravedad se

describen a continuación.

En la figura 2.1 se representa un esquema de los pasos para la

fundición en coquilla por gravedad.



Figura 2.1: Pasos para la fundición en coquilla por gravedad

1. La coquilla se precalienta, esto se lo realiza para evitar choques térmicos

entre el metal fundido y la coquilla, este paso para el presente proyecto se

realizará con un soplete a gas, la temperatura que debe alcanzar la

superficie del molde de la coquilla puede estar entre 150 ºC a 350 ºC, la

temperatura de precalentamiento del molde de la coquilla que se considera

para los cálculos del diseño de la coquilla es de To = 200 ºC.

2. Se inserta el noyo en el caso que la pieza fundida vaya a hacer hecha con

un vaciado y luego se cierra las mitades de la coquilla.

3. El metal fundido se vierte en la coquilla para que se llene el molde de la

coquilla.

4. Se abre las mitades de las coquillas y se extrae la pieza fundida de la

coquilla.

5. Se observa la pieza terminada.

4.3.1.1.2. Características de la fundición en coquilla por gravedad

Las características principales de la fundición en coquilla por gravedad se

detallan a continuación:

1. En este procedimiento el molde tiene que ser desmontable.



2. Tienen que ser utilizadas para la producción en serie.

3. Deben ser utilizadas para producir unos cientos de piezas fundidas.

4. Los agujeros y vaciados de pieza fundida se pueden obtener mediante

noyos, los cuales pueden ser metal o hecho a base arena,

Los mismos que son comúnmente utilizados por ser de fácil remoción.

5. Reducir el mecanizado para las piezas fundidas.

6. Mejorar las propiedades tanto físicas y mecánicas de las piezas fundidas.

7. La solidificación de las piezas fundidas es más rápido que el proceso de

colado en arena, por lo cual produce un tamaño de grano más fino.

4.3.2. ELABORACIÓN DE LAS COQUILLAS

Las coquillas pueden ser elaboradas de acero, fundiciones grises, fundiciones

maleables, fundiciones blancas, fundiciones nodulares, cobre, aluminio,

siliconas, etc. Para este proyecto el material escogido es el hierro fundido gris

ASTM número 30, porque este tipo de hierro es el más fácil de obtener en el

horno de cubilote en nuestro país.

La cavidad del molde permanente puede ser elaborada con gran precisión y

pequeña rugosidad de la superficie, por esta razón las piezas fundidas que se

obtienen en ellos tienen una superficie lisa.

La coquilla que se utilizará para la fundición depende de la pieza fundida y de

la solicitación que se desea obtener.

La composición de las coquillas depende del tipo de material que se desea

colar.

4.3.2.1. Cavidad de la Coquilla o molde

La cavidad de la coquilla o molde de una pieza es tallado de dos bloques

llamados mitades de la coquillas, en guiados, si es sencilla, o bien formado

por un ensamblaje de piezas talladas, unidas y sujetas en los bloques,

dependiendo la complejidad de la pieza fundida que se desea obtener.

La forma exterior de la coquilla depende de cantidad de calor que va a

evacuar estas formas pueden ser redondas o prismáticas



Las cavidades de los moldes pueden ser ensamblados de múltiples partes,

las mismas que tienen la ventaja la extracción del aire del interior de la

cavidad del molde, la desventaja es que aumenta las rebabas y por

consiguiente la eliminación de estas conllevan un tiempo mayor.

Las cavidades de la coquilla se debe observar que no tengan contrasalidas

para que facilite la extracción de la pieza fundida.

4.3.2.2. Evacuación de aire

La salida de aire o respiraderos son perforaciones o surcos que se

encuentra en la periferia del molde, los mismos que se encuentran en forma

de entramados y la profundidad de los surcos pueden estar entre 0.1 a 0.2

mm.

La evacuación del aire es de gran importancia en las piezas fundidas, la

razón es que se elimina las porosidades de la pieza fundida que se pueden

provocar debido a que pueden quedar atrapado el aire en el interior de la

pieza fundida.

4.3.2.3. Mecanismos de cierre

El mecanismo es de gran importancia para la coquilla debido a que en el

momento de la colada, la coquilla debe estar enclavada.

4.3.2.4. Expulsores

Los expulsores tienen por misión empujar a la pieza fundida paralelamente

a sí misma, pueden también ser utilizadas para evacuar el aire, los cuales

deben estar diseñados para que no produzcan esfuerzos en la coquilla.

4.3.2.5. Guías

Las guías tienen por misión centrar a las dos mitades de la coquilla con el

fin de poder obtener una pieza fundida que no sean excéntricas debido a

que están construidos de dos partes diferentes.

Las guías deben estar compuestas de un macho y una hembra para que

puedan ser encajadas correctamente y no se produzcan las excentricidades

en la pieza fundida.

4.3.2.6. Respiraderos y mazarotas



Los respiraderos y mazarotas deben ser tallados en la coquilla con el fin de

que cumplan sus respectivas funciones que se hablará en capítulos

posteriores.

La ubicación de estas se los realiza en planos de abertura de la coquilla

para facilitar la extracción de la pieza fundida y de las mismas.

4.3.3. USOS DE LAS COQUILLAS

Las coquillas en general se utilizan para fundir aluminio, magnesio,

aleaciones de cobre, hierro fundido y material que tienen bajo punto de

fusión. En general la utilización para fundir hierro fundido acorta la vida útil

de la coquilla por tener un elevado punto de fusión.

Los puntos de fusión de algunos metales y aleaciones se detallan en la tabla

2.1.

Tabla 2.1: Puntos de fusión, calores específicos medios y calores latentes

de fusión de algunos de los metales y aleaciones más corrientes empleados

en fundición.1

Metal o aleación Temperatura de Calor específico Calor específico Calor fusión ºC del sólido cal/g del líquido cal/g latente de ºC ºC fusión cal/g.

Estaño 232 0.056 0.061 14

Plomo 327 0.031 0.04 6

Zinc 420 0.094 0.121 28

Magnesio 650 0.25 ----- 72

Aluminio 657 0.23 0.26 95

Latón 900 0.092 ----- ----

Bronce 900 a 960 0.09 ----- ----

Cobre 1083 0.094 0.156 43

Fundición gris 1200 0.16 0.20 70

Fundición blanca 1100 0.16 ---- ----

Acero 1400 0.12 ---- 50

Níquel 1455 0.11 ---- 58



Cabe destacar que en las coquillas es inadecuada la fundición de aceros por

su alto punto de fusión.

4.3.3.1. Ventajas del proceso de fundición en coquilla

Una ventaja importante en comparación con el colado en arena; es que se

puede fundir con la pieza con roscas exteriores, agujeros, etc.

Las piezas coladas en coquillas tienen un buen acabado superficial y limpias

por lo que, generalmente, no es necesario un trabajo posterior de acabado.

La exactitud en las medidas en comparación a la fundición de arena es mayor;

pero menor que el colado a inyección.

Se puede observar que la estructura de la pieza fundida en coquilla es densa

y grano muy fino, por lo que las propiedades mecánicas en estas son mejores,

que las piezas coladas en molde de arena. Por esta razón es posible disminuir

el peso de piezas fundidas en coquilla y por ende se consigue un ahorro de

material.

La producción de piezas fundidas aumenta considerablemente en relación al

moldeo manual en arena.

Se reduce el sobre espesor de las piezas fundidas, por lo cual se reduce el

costo de la producción.

4.3.3.2. Desventajas del proceso de fundición en coquilla

Elevado costo en la elaboración de la coquilla, por lo tanto, este tipo de

proceso no es justificable para una producción unitaria.

No se puede fundir piezas de gran tamaño, debido a los mecanismos que se

necesita para abrir y cerrar las mitades de la coquilla, ya que esto se lo realiza

con un mecanismo manual

No es aconsejable fundir aceros por su alto punto de fusión debido a que la

coquilla se desgasta con facilidad.



CAPITULO V: DISEÑO DE LA COQUILLA

Además en el presente capítulo se analizará la coquilla para poder colar el

búho que se desea obtener con el proceso de fundición en molde permanente.

5.1. DISEÑO DE LA COQUILLA

Para el diseño de la coquilla se debe tener en cuenta el peso, materiales, facilidad

de adquisición en mercado, facilidad de mantenimiento y fácil elaboración.

Los parámetros técnicos que se deben considerar en el diseño son:

• Transferencia de calor

• Presión metalostática del metal

• Contracción del metal

La coquilla en su mayor parte se diseñará tomando en cuenta la transferencia

de calor a la que va estar sujeta, a los esfuerzos que se generan debido a

contracción y a la presión metalostática la cual actúa en las paredes de la coquilla.

En este punto es necesario que el lector se familiarizarse con ciertos términos

necesarios en el diseño de la coquilla, los términos como la transferencia de calor,

contracción del metal y presión metalostática, los mismos que se detallan a

continuación:

Transferencia de calor

La transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de

temperaturas.

A los diferentes tipos de transferencia de calor se les conoce como modos,

cuando existe un gradiente de temperatura en un medio estacionario que puede

ser un sólido o un fluido se utiliza el término de conducción, para referirnos a la

transferencia de calor que se producirá a través del medio. En cambio, el término

convección se refiere a la transferencia de calor que ocurrirá a través entre una

superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas. Por

tercer modo de transferencia de calor se denomina radiación térmica. Todas las

superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas

electromagnéticas. Por tanto, en ausencia de un medio, existe una transferencia

neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas.

Presión Metalostática



La presión metalostática es la presión ejercida por el metal liquido inmóvil y

de su resultante, el empuje metalostático, contra las paredes del molde y contra

los noyos.

Cuando se cola, es decir cuando se vacía el metal liquido en el molde sucede

una serie de fenómenos.

a) Durante la colada, el metal muy caliente y pesado corre en los canales,

penetra en el molde choca las paredes y avanza con movimientos

arremolinados, etc. Durante esta fase, es fácil que se produzcan las

erosiones.

b) Luego de la colado y mientras el metal esta líquido ejerce sobre todas las

paredes del molde y sobre los cuerpos incluidos en al mismo la presión

metalostática.

c) Cuando el metal ha solidificado para formar la pieza, esta gravita con su

propio peso sobre toda la pared inferior del molde obedeciendo a la ley de

gravedad, e inicia la contracción y dura hasta alcanzar la temperatura

ambiente.

Cuando el molde está lleno de metal líquido, se genera en la masa metálica

una presión p, la misma que en cada punto, según el principio de pascal, ejerce

igualmente en todas las direcciones y que depende de la profundidad h, del punto

considerado bajo el nivel del líquido y del peso específico de este último.

Contracción

La contracción es la disminución de volumen que experimenta la pieza fundida

al solidificarse. Al verter el metal fundido en el molde ocupa el volumen del modelo

que se utiliza para prepararlo. Al enfriarse el metal experimenta una contracción,

disminuyendo el volumen final de la pieza fundida. Por lo tanto el modelo se debe

elaborar con un sobredimensionamiento, con el fin que compense la disminución

debida a la contracción.

El proceso de contracción del metal se lleva en las siguientes etapas:

A. La contracción del metal en el estado líquido, desde que la temperatura

desciende desde el valor que tenía en el momento de efectuar la colada

hasta el momento que comienza la solidificación.

B. Una contracción que se produce durante la solidificación.

C. Una contracción que se produce en el estado sólido, hasta el momento que

el metal alcanza la temperatura ambiente.



En la tabla siguiente se muestra los valores de contracción de algunos

metales que se deben toman en cuenta para la construcción de los modelos.

Metal Contracción (%)

Aceros al Carbono 2

Aceros al Manganeso 2.5 - 2.7

Aleaciones de Aluminio 1.5

Bronce 1.6

Bronce de Aluminio 2

Bronce Fosforoso 2

Zinc 2.5

Estaño 2.1

Fundición Gris:

1. Piezas Ligeras 1

2. Piezas Medianas 1

3. Piezas Pesadas 0.8 – 0.9

Fundición Maleable Blanca 1.5 – 2

Latón Piezas Delgadas 1.6

Latón Piezas Gruesas 1.3

Magnesio 2

Níquel 2

Plomo 2.6

Esta contracción es anulada mediante la colocación de mazarotas, las

mismas que son piezas de cantidad extra de material, para compensar la

contracción que se genera dentro de la pieza fundida.

La mazarota tiene que tener la cantidad de metal líquido suficiente para

compensar la contracción la misma que origina los rechupes.

Teoría de fluencia de Von Mises-Hencky

Conocida también como teoría de la distorsión máxima, supone que la

fluencia puede ocurrir, en un estado general triaxial de esfuerzos, cuando la media

cuadrática de las diferencias entre los esfuerzos principales es igual al mismo valor



en un ensayo de tensión simple. Si σ1 > σ2 > σ3 son los esfuerzos principales, y

[σ] es el esfuerzo de fluencia en tensión simple, se tiene:

S y 2 = S A 2 − S A * SB + SB 2 (4.1)

5.2. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA

TRANSFERENCIA DE CALOR

5.2.1. La coquilla

Una coquilla es el molde el cual es encargada de receptar el metal fundido

para reproducir un negativo de la pieza fundida que se desea obtener, cabe

destacar que la pieza a obtener es un búho de aluminio.

La coquilla básicamente es un tipo de intercambiador de calor la cual está

sujeto a las leyes de transferencia de calor.

5.2.2. Selección del material

Para la selección del material adecuado se debe tener en cuenta las

siguientes consideraciones.

La facilidad de obtención en el mercado de la materia prima para la

construcción de la coquilla.

Las coquillas generalmente se construye de fundiciones de hierro, por lo cual

se escoge de los diferentes tipos de hierros grises que se producen en el

mercado nacional, el Hierro gris ASTM número 30 el cual es el más común

que se puede obtener del cubilote en nuestro país a partir de la chatarra,

además este material presenta buena resistencia al desgaste, abrasión,

buena resistencia a la compresión.

5.2.3. Cálculo del calor contenido en el metal fundido

En el cálculo del espesor de la coquilla se ha determinado que la pieza fundida

que se desea obtener es un búho, el cual va a ser elaborado de aluminio.

Para el presente proyecto se considera para el cálculo del espesor de la

coquilla únicamente la mitad, por la razón que la coquilla está compuesta de

dos mitades simétricas.



Para el cálculo se considerará que el búho va a ser un paralelepípedo cuyas

dimensiones totales son:

Figura: Dimensiones del búho considerado (mm).

m = ρ* V (4.2) Donde m Masa del metal fundido (Kg.)

ρ Densidad del metal fundido (Aluminio 2.71 g/cm3 o 2710 Kg/m3).

V Volumen de la mitad del paralelepípedo (3.84 x 10-4 m3).

m = 1.04(Kg )

La coquilla es la encargada de disipar el calor contenido en el metal fundido.

Para el cálculo en primer lugar debemos calcular el calor que debe disipar la

coquilla.

El calor contenido en el metal fundido está dado por la siguiente ecuación:

Q = m * L + mcp * (Tv −Tm ) (4.3)

Donde

Q calor que se debe disipar por la coquilla (W.s)

m masa de metal fundido (1.04 Kg)

L calor de solidificación (aluminio 95 cal/g o 397822 W.s/Kg)

cp calor específico en estado líquido (aluminio 0.26 cal/g.ºC o

1088.78W.s/Kg).

Tv temperatura de vertido del aluminio (710 ºC)



Tm temperatura de desmoldeo (300 ºC)

Q= 878495.5 W.s

En la ecuación (4.3) se considera que la temperatura de solidificación es

constante.

5.2.4. Cálculo del tiempo de desmoldeo

Para el presente proyecto se considera que el calor que la coquilla debe

evacuar es igual al calor contenido por el metal fundido, para el cual se debe

calcular el tiempo de desmoldeo dado por la siguiente ecuación.

Donde

tm tiempo de desmoldeo (s)

V Volumen de la mitad del paralelepípedo (3.84 x 10-4 m3).

Ad Superficie que contiene al volumen y que es capaz de disipar el calor

0.0256 m2.

ρ Densidad del metal fundido (Aluminio 2.71 g/cm3 o 2710 Kg/m3). L Calor de solidificación (aluminio 95 cal/g o 397822 W.s/Kg) cp Calor específico en estado líquido (aluminio 0.26 cal/g.ºC o

1088.78W.s/Kg). k Conductividad térmica de la coquilla (Hierro gris número 30 0.11cal/cm.ºC.s

o 46 W/m.ºK).

α termodifusividad de la coquilla (1.67 x 10-6 m2/s)



To temperatura de superficie del molde de la coquilla (200 ºC es la

temperatura de precalentamiento de la coquilla para evitar choques

Térmicos del metal con el molde).

tm = 73 s.



5.2.5. Cálculo del espesor de la coquilla

Para el presente proyecto para el cálculo del espesor de la coquilla se

considera:

• La transferencia de calor es en estado estable

• La conducción es unidimensional en estado estable a través de las

paredes.

• La convección es natural

• La transferencia de calor por radiación es despreciable ya que no es un

cuerpo negro.

• Las propiedades ( ρ, cp, α) son constantes.

• Se asume que no existe perdida de calor hasta que el llene el molde en su

totalidad.

• No existe generación interna de calor.

• La temperatura ambiente a la que se encuentra en el laboratorio de

fundición es de 20ºC

• El coeficiente de transferencia de calor de convección natural o libre (25

W/m2.ºK).

Para el calor que se debe disipar hasta el tiempo de desmoldeo está dado

Por:

Donde

q calor que se debe disipar en hasta el tiempo de desmoldeo (W)

Q calor que se debe disipar la coquilla (878495.5 W.s)

tm tiempo de desmoldeo (73 s)

q = 12034.2 W



De la ecuación (4.5) el flujo de calor es constante.

Para la resolución del espesor de la coquilla se analizará por el método de

resistencias térmicas tanto de conducción como de convección.

Donde L espesor de la pared (m) K conductividad térmica del material (W/m ºK).

A área de contacto de contacto para la transferencia de calor (m2)

La resistencia térmica de convección está definida por

Donde

A área para la convección (m2) h coeficiente de transferencia de calor de convección

Para el cálculo se considera que el área de contacto del búho para la

transferencia de calor por conducción es igual al área de convección de la

coquilla.

Del circuito equivalente que:



Las resistencias térmicas son análogas a las resistencias eléctricas por lo

cual para resolver un circuito se debe tomar en cuenta las mismas leyes de

las resistencias eléctricas ya sean que estén conectadas en serie o paralelo

por lo tanto:

De la cual se obtiene que:

Kc conductividad térmica del hierro gris ASTM número 30 (0.11

cal/cm.ºC.s o 46 W/m ºK).

A área de contacto de contacto para la transferencia de calor (m2)



De las ecuaciones (4.8) y (4.10) se obtiene que el espesor de la

coquilla.

Lc = 0.051m = 51 mm.

5.3. DISEÑO DE LA COQUILLA CONSIDERANDO LA PRESIÓN

METALOSTÁTICA

Para el diseño de la coquilla se tomará en cuenta que la presión de acuerdo

al principio de pascal se efectúa en todas las direcciones de igual magnitud.

La presión que ejerce el aluminio en las paredes de la coquilla está definida

Por:

P Presión metalostática (N/m2) m masa de metal fundido (1.04 Kg)

g aceleración de la gravedad (9.8 m/s2) h altura del paralelepípedo (0.12m)

V volumen del paralelepípedo (3.84x10-4 m3)

5.3.1. Cálculo del espesor de la coquilla considerando la presión

metalostática

Para el presente proyecto se considera para el cálculo mediante la teoría de

cilindros de paredes gruesas, en la cual se considera las siguientes

consideraciones:

• La presión externa al cilindro es igual a cero.

• El paralelepípedo se le va a considerar como un cilindro.



5.3.1.1. Cálculo estático del espesor de la coquilla considerando la presión metalostática

El esfuerzo tangencial está definidos por:

Donde

σt esfuerzo tangencial (N/m2)

p presión metalostática (31 N/m2) b radio exterior del cilindro que se considera (m) a radio interior (en este caso será la mitad del paralelepípedo

σr = −p (4.13)

Donde σr Esfuerzo radial

Para el cálculo del espesor de la coquilla para el presente proyecto se

analizará con la teoría de la energía de distorsión o teoría de von Mises-

Hencky debido a que se trata de un hierro fundido y este no tiene límite de

fluencia únicamente resiste a esfuerzos de tracción y compresión.

La teoría de von Mises-Hencky esta definida por:

S y 2 = S A 2 − S A * SB + SB 2 (4.14)

Se considera que:

Sy resistencia a la fluencia, pero en este caso debido a que el material es frágil



a la tracción se tomará para el cálculo la resistencia a la compresión del hierro

gris ASTM número 30 (Resistencia a la compresión 119000 lb/in2 o 8.2 x 108

N/m2)

S A = σt S

B = σ r (4.15)

Resolviendo la ecuación (4.14) se obtiene que:

b = 0.040000001 m

Por lo tanto el espesor de la coquilla para que resista el esfuerzo generado

debido a la presión metalostática queda definido por:

e = b – a (4.16) Donde b radio exterior del cilindro que se considera (0.040000001m) a radio interior (en este caso será la mitad del paralelepípedo 0.04 m) e

espesor de la coquilla para resistir la presión metalostática (m)

De la ecuación (4.16) se obtiene el espesor de la pared para resistir la

presión metalostática

e = 1x10-7 m = 1x10-4 mm.

Conclusión: Debido que el material soporta un esfuerzo grande se le considera

despreciable el espesor calculado para que soporte la presión metalostática que se

genera dentro de la cavidad de la coquilla, se tomará las dimensiones calculadas

para la transferencia de calor.

5.4. DISEÑO DE LA COQUILLA POR CONTRACCIÓN DEL ALUMINIO



Cuando el metal fundido se vierte dentro del molde este experimenta una

contracción, la misma que limitada por la coquilla que actúa como una

restricción para el metal fundido, el mismo que genera un esfuerzo, este

esfuerzo es igual al de dilatación térmica del material fundido pero de signo

contrario ver figura 4.3.

Enfriamiento Calentamiento

Figura 4.3: Esfuerzos térmicos en una plancha infinita durante

calentamiento y enfriamiento

Que está definido por:

σ = α* E* (Tv −Tm ) (4.17)

Donde

σ esfuerzo de compresión generado por la contracción (N/m2).

α coeficiente de dilatación térmica del aluminio (23.9 x 10-6 1/°C).

E módulo de elasticidad del aluminio (71x109 N/m2)





La resistencia a la compresión del hierro gris (ASTM número 30 119000 Psi

o 8.2x10-8 N/m2).15

Conclusión: Debido a que los hierros colados en general no tienen límite de

fluencia, el esfuerzo generado por el aluminio es menor que el esfuerzo que puede

soportar el hierro gris ASTM número 30.

Por lo tanto se considera para este proyecto que el espesor de la coquilla

seria el mayor de los calculados por los anteriores diseños.

5.5. COLADO DE LA COQUILLA

Para el colado de la coquilla se debe considerar los siguientes parámetros:

• Diseñar el alimentador por donde va entrar el metal fundido de hierro gris al

molde de la coquilla.

• Diseñar los canales de alimentación para el colado de la coquilla.

• Diseñar el sifón o colector de escoria.

• Diseñar la mazarota para evitar los rechupes que se generan en la

solidificación de la coquilla.

5.5.1. Diseño de la mazarota para el colado de la coquilla

Para el diseño de la mazarota debe cumplir las siguientes condiciones:

• Debe existir la cantidad necesaria de metal líquido.

• El metal líquido debe llegar a las cavidades del rechupe originadas por la

contracción que se genera en el enfriamiento del hierro fundido gris ASTM

número 30.

En el colado de la coquilla, el molde del búho se va a colado con la cavidad

hacia abajo.

En el diseño de la mazarota se llevara el cálculo a cabo mediante el método

de factor de forma la misma que fue investigada por Bishop, Jhonson y Pellini.



El método de factor de forma está basada en la relación exacta entre el

espesor de una pieza fundida.

El factor de forma está regida por la siguiente relación:

Donde:

Lc longitud de la coquilla (0.222 m)

Wc Ancho de la coquilla (0.182 m)

ec Espesor de la mitad de la coquilla (0.091 m)

Con lo cual se obtiene un factor de forma de

FF = 4.5

La mazarota para el presente proyecto se la considera cilíndrica, por lo cual

se va considerar que la relación altura – diámetro se encuentra entre en el

rango 0.5 y 1.5.

Mediante el trabajo experimental de estos dos investigadores llegaron a

determinar para un factor de forma dado que el volumen de la mazarota

satisfacía la alimentación obteniendo el nomograma que se presenta en la en

el anexo B donde aparecen tres campos, el de las piezas sanas, el de piezas

defectuosas y el de los resultados dudosos.

Los resultados dudosos se encuentran entre las dos curvas, por lo tanto para

el presente proyecto se tomara la curva superior para saber el volumen de la

mazarota.



De la curva del anexo B de la figura B-1, se obtiene el siguiente resultado:

Para el proyecto la mazarota va ser cilíndrica por lo tanto se tiene:

Donde

VMc Volumen de la mazarota para la mitad de la coquilla (4.9x10-3 m3)

rc 2 Radio del cilindro de la mazarota

hc altura de la mazarota la misma que está definida por:

hc = Hcm - ec (4.29)

Donde

ec Espesor de la mitad de la coquilla (0.091 m)

Hcm = altura de la caja de moldeo (0.2 m)

hc = 0.109 (m) = 109 mm

De la ecuación (4.28) y (4.29) se obtiene el radio para la mazarota:

rc = 0.07m = 70mm



De la relación para que este método sea aceptado está dado por:

d diámetro del cilindro (d = 2*r = 0.14 m)

Conclusión: Del resultado anterior se analiza que el método de factor de

forma es válido porque la relación h/d está en el rango de 0.5 a 1.5.

5.5.2. Cálculo de las guías de la coquilla

Para el presente proyecto se utilizará para poder central o en guiar las dos

mitades de la coquilla 4 guías.

Las guías de la coquilla van a ser cilíndricas por la razón que son de fácil

acoplamiento.

Para el diseño de las guías para el acoplamiento de las dos mitades de la

coquilla, las guías van a estar sometidas a esfuerzos cortantes debidas al peso de

la mitad de una de las dos coquillas.

Para el diseño de las guías se realizara mediante la teoría de la

Energía de distorsión o teoría del esfuerzo del cortante máximo.



Donde τmax

Fh

dg

Esfuerzo cortante máximo

Es la fuerza efectuada por el peso de la mitad de la coquilla dividida para

el número de guías, en este caso igual a 4 (6.6 Kg o 64.74 N) El diámetro de la guía



CAPITULO VI: EJERCICIOS

EJEMPLO 1

CALCULO DE LA MAZAROTA

CRITERIOS PARA EL CALCULO DE LA MAZAROTA

1ªCriterio de volumen Se determina el diametro, D1, correspondiente al volumen

minimo que debe de tener la mazarota para cubrir la contraccion de la pieza.

𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑀𝐼𝑁. = 𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴(𝑃𝐴𝑅𝑇𝐸𝑆 𝐺𝑅𝑈𝐸𝑆𝐴𝑆) ∙ 𝑐 ∙ 𝑘

Las partes delgadas no se cuentan porque enfrían muy rápido y, la mazarota no

las puede alimentar.

c, es el coeficiente de contracción volumétrica del metal.

Metal o aleación c Metal o aleación c

Fundición gris 3-5% Cobre 4-5%

Fundición blanca 6-7% Aluminio 5-7%

Fundición nodular 4-5% Aleaciones ligeras

5-8%

Aceros no aleados

5-7% Aleaciones de Mg 4-5%

Aceros muy aleados

8-10% Níquel 5-6%

Bronces de Sn 5-7% Cuproníquel 5-5.5%

Bronces de Al 4-5.5% Cinc 4-5.5%

Latones 6-7%

K, es el coeficiente de seguridad

1≤k≤3 k=3 si el camino de la mazarota a la pieza es largo

Normalmente se toma k=2.

2ªCriterio de volumen



El módulo de enfriamiento es un parámetro geométrico, que de alguna forma

representa la velocidad o el tiempo de enfriamiento de la pieza, suponiendo un

valor uniforme del coeficiente de transmisión de calor en toda la superficie. Se

determina a partir de la siguiente expresión:

Modulo𝑒𝑛𝑓𝑟𝑖𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝑉𝑂𝐿𝑈𝑀𝐸𝑁

𝑆𝑈𝑃𝐸𝑅𝐹𝐼𝐶𝐼𝐸

En el caso de la esfera su valor es máximo y vale M=R/3, con lo cual, tiempo

máximo de enfriamiento

Puede deducirse que la mazarota ideal sería la esférica pero presenta

dificultades de moldeo, es por ello, que se deriva a formas cilíndricas con cúpula

o cilíndricas sencillas, siempre con una relación elevada V/S o H/D=1;1,5;2:….

El modulo, M, es determinante en el cálculo de las mazarotas, ya que estas

tienen que enfriar y, por tanto, solidificar, más lentamente que la pieza que

alimentan.

Se trata de determinar el diámetro, 𝐷2, para que la mazarota solidifique después

que la pieza.

Entre 𝐷1𝑌 𝐷2 SE ESCOGE EL DIAMETRO MAYOR.

Es necesario también tener cuidado con la posición de la mazarota, siempre más

elevada que la pieza para un correo traspaso de líquido y facilitar la separación

de la pieza sólida, frecuente, se intercalan en el sistema de distribución.

PROCESO DE CALCULO DE LA MAZAROTA

1.-Calculo del volumen de la pieza afectado por la mazarota→𝑉𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎(𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎𝑠)

2.-Calculo del volumen mínimo de la mazarota para cubrir la contracción de la

pieza → 𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑀𝐼𝑁.

𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑀𝐼𝑁. = 𝑉𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎(𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑔𝑟𝑢𝑒𝑠𝑎𝑠) ∙ 𝑐 ∙ 𝑘

Se debe cumplir que 𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 > 𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑀𝐼𝑁.

Se calcula el diámetro 𝐷1 para este volumen

3.-Calculo del módulo de la pieza considerando los noyos necesarios para el

moldeo que afectan al coeficiente superficial → 𝑀𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴

Debido a que la arena del noyo no tiene humedades, tiene el grano refractario y

una capa de resina, es más aislante que la arena del moldeo, por lo cual, la

superficie de la pieza en contacto se cuenta como la mitad por convenio0



M𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 =𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴

𝑆𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴

Donde:

𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 = 𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴(𝑃𝐴𝑅𝑇𝐸𝑆 𝐺𝑅𝑈𝐸𝑆𝐴𝑆)

𝑆𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 = 𝑆𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒𝑜+ 0.5 ∙ 𝑆𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒𝑜

4.-Se calcula el módulo de enfriamiento de la mazarota tal que esta solidifique

después que la pieza

Se escoge uno de los siguientes tipos de mazarotas:

Se calcula el módulo de la mazarota a partir de la pieza:

𝑀𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 = 1,2 ∙ 𝑀𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴



Conocido el modulo se determina el diámetro, 𝐷2, de la siguiente forma:

𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 = 𝑀𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 ∙ 𝑆𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂 → 𝐷2

5.-Eleccion de las dimensiones correctas:

Se escoge el diámetro máximo, D, entre 𝐷1𝑦 𝐷2

Se calcula el volumen de la mazarota para este diámetro:

𝑉𝑀𝐴𝑍 = 𝑓(𝐷)

En cuanto a la altura de la mazarota, ha de comprobarse que:

𝐻𝑀𝐴𝑍 > 𝐻𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴

𝐻𝑀𝐴𝑍 < 𝐻𝐶𝐴𝐽𝐴 𝑀𝑂𝐷𝐸𝐿𝑂

6.-Matizaciones relacionadas con los siguientes conceptos:

El rendimiento puede mejorarse de dos formas:

Colocando un collarín aislante, es decir, recubriendo la mazarota con

arena de noyo de forma que el modulo aumentaría el doble, lo que es

equivalente, la superficie de la pieza en contacto con este collarín valdría

la mitad ya que el enfriamiento es menor:

𝑆𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝐶𝑇𝑂 = 𝑆1/2

Que la mazarota alimente a varias piezas a la vez, el número de piezas

que podrá alimentar se determinara de la siguiente forma:

𝑛º𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎𝑠 =𝑉𝑀𝐴𝑍.

𝑉𝑀𝐴𝑍.𝑇𝐸𝑂𝑅𝐼𝐶𝑂

Los canales de distribución se hallaran de la siguiente forma:

𝑉𝐶𝐴𝑁𝐴𝐿𝐸𝑆 = 1/10 ∙ (𝑛º 𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎𝑠 ∙ 𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 𝐸𝑁𝑇𝐸𝑅𝐴)

El rendimiento de la colada se determinara de la siguiente forma:

Ƞ=𝑛º𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎𝑠∙ 𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 𝐸𝑁𝑇𝐸𝑅𝐴

(𝑛º𝑝𝑖𝑒𝑧𝑎𝑠∙ 𝑉𝑃𝐼𝐸𝑍𝐴 𝐸𝑁𝑇𝐸𝑅𝐴)∙𝑉𝑀𝐴𝑍.∙𝑉𝐶𝐴𝑁𝐴𝐿𝐸𝑆

EJEMPLO 2

Para la fabricación de 100.000 piezas como la mostrada en el croquis adjunto se construye una

matriz de acero al cromo-wolframio altamente aleado. Dimensionar de forma aproximada

como deberá ser dicha matriz de inyección en cámara en frío. Suponer que en cada matriz sólo

se obtiene una pieza.



Resolución

RESOLUCIÓN:

Calculamos cómo será la pieza semielaborada (antes de la mecanización)

dejando un exceso de material de 1mm por superficie a mecanizar. En la pieza

existirá cierta conicidad y redondeo de las esquinas que no se ha dibujado



CAPITULO VII: TECNOLOGIA

7.1. INYECTORA CAMARA FRIA

7.1.1. USOS

Actualmente, los equipos de fundición de metales se utilizan principalmente

en las industrias de fabricación de aviones, automóviles, sistemas de

telecomunicación, hardware y electrodomésticos. Son perfectos para

producir piezas de fundición con estructura compleja de diferentes

materiales, como aluminio, zinc, cobre y otros materiales no ferrosos.

Características del equipo de fundición de metales

Alto rendimiento

La velocidad de marcha en vacío máxima de este equipo de fundición a

presión es superior a 7m/s. La duración de la creación y presurización es

inferior a 30ms

Alta fiabilidad

Este equipo de fundición incorpora un controlador programable PLC y un

sistema de transmisión hidráulico. Está diseñado con las tecnologías más

avanzadas de la industria, lo que garantiza una gran fiabilidad y durabilidad

de las piezas de fundición.

Alta velocidad

Los sistemas de control proporcional controlan la fuerza de cierre del molde

y la fuerza de inyección; esto ayuda a mantener la máquina de fundición en

perfecto estado. Por consiguiente, pueden conseguir una producción de alta

velocidad un 15% superior a la de otros equipos



Maquina wellish - hatai

7.1.2. Características

Controladas por mecanismos eléctricos y sistemas hidráulicos, los cuales

pueden ser operado manualmente, semiautomática o automáticamente.

El sistema hidráulico está equipado con controles especiales y PLC de

calibración fina. Todo esto asegura que la maquina funcione de la forma

precisa y eficiente.

Todos los parámetros tecnológicos pueden ser ajustados

independientemente para alcanzar diferentes requerimientos técnicos. Su

gran estructura proporciona una buena rigidez y es compatible con los

robots cargador, lubricador y extractor de piezas

Cuadro de especificaciones:



7.1.3. Planos Y/o partes

MODELO:



7.2. INYECTORA CAMARA CALIENTE

Ha sido diseñada con un control eléctrico integral y posee tres programas de

funcionamiento, pudiendo ser dirigidas en forma completamente manual,

semiautomática o automática. Las maquinas tienen una gran rigidez y una

estabilidad fiable

Posee un sistema de inyección construido en 3 pasos.

El sistema hidráulico está equipado con controladores importados de primera

calidad un PLC touchscreen. Esto garantiza que la maquina funcione

eficientemente.

La máquina permite ajustar cada parámetro independientemente para cumplir

con los diferentes requisitos técnicos de cada pieza.

Poseen ajuste progresivo y continuo, acelerador de presión y velocidad,

controlan presión y flujo automáticamente o programable mediante PLC



7.2.1. Características

7.3. EQUIPOS PERIFERICOS

Robots para adicionarles a las inyectoras

7.3.1. Extractor de piezas



Parametros tecnicos

7.3.2. Extractor de material

Parámetros técnicos



7.3.3. Lubricador de matrices

Parámetros técnicos



7.4. HORNOS:



CAPITULO VIII: AFINES

8.1. HORNOS DE FUSIÓN

Los hornos se cargan con materiales de fusión consistentes de metal, elementos

de aleación y otros materiales como el fundente y formadores de escorias o

escorificarte.

La selección del horno depende de: consideraciones económicas, composición

y punto de fusión de la aleación a fundir, control de la atmósfera del horno,

capacidad y rapidez de fusión, consideraciones ecológicas, suministro de

energía y disponibilidad

Los hornos de fusión comúnmente utilizados son:

Hornos de arco eléctrico: se utilizan ampliamente y presentan ventajas como

rapidez de fusión, menor contaminación y capacidad de conservar el metal

fundido para efectos de aleación.



Hornos de inducción: útiles en fundidores pequeñas de composición

controlada. Estos pueden ser de inducción sin núcleo (corriente de alta

frecuencia para mezclado) o de núcleo (corriente de baja frecuencia para

sobrecalentar)

Hornos de crisol: son calentados por medio de diversos combustibles (gas,

petróleo combustible, electricidad) y permiten la fundición de muchos metales

ferrosos y no ferrosos.

Cubilotes: son recipientes de acero verticales recubiertos de refractario

cargados con capas alternadas de metal, coque y fundente. Permiten elevadas

velocidades de fusión y cantidad de metal fundido.

Fusión por levitación: el metal a fundir es suspendido magnéticamente y

mediante una bobina de inducción se funde y fluye hacia un molde colocado

debajo del bobina. Estas fundiciones están libres de inclusiones y tienen una

estructura de grano fino uniforme.

8.2. CONSIDERACIONES ECONÓMICAS DE LA FUNDICIÓN

El costo de un producto incluye los costos de materiales, mano de obra,

herramental y equipo. Las preparaciones para la fundición de un producto

incluye la producción de los moldes y matrices que requieren materias primas,

tiempo y esfuerzo. Además se requieren instalaciones para la fusión y el vaciado

del metal fundido en moldes o en matrices (hornos, maquinaria).

Existen costos involucrados en el tratamiento térmico, la limpieza y la inspección

de las fundiciones.

La cantidad de mano de obra y las habilidades requeridas para estas

operaciones dependen de cada proceso y nivel de automatización en particular

(fundición por revestimiento, inyecciones en matriz).

El costo de equipo por pieza fundida se reduce a medida que se incrementa la

cantidad producida (o altas velocidades de producción).

Cuadro comparativo



8.3. RIESGOS IMPLICADOS EN EL PROCESO DE FUNDICION Desarrollamos algunos de los riesgos implicados en el proceso y cuáles son las

medidas de higiene y seguridad para la prevención de riesgos.

Caída de objetos pesados, (fundamentalmente la materia prima cargada en el

horno.



Calor: Las enfermedades por estrés térmico, constituyen un riesgo debido a la

radiación infrarroja procedente de los hornos y el metal en proceso de fusión.

Quemaduras por proyección del metal fundido.

Caídas a diferente nivel.

Intoxicación de monóxido de carbono.

Sobreesfuerzos por levantamiento de cargas.

Desprendimiento de vapores durante la colada.

Riegos químicos: Durante la fusión y refinación puede producirse exposición a

variedad de polvos, humos, gases y otras sustancias químicas peligrosas, en

especial la trituración de mineral pueden provocar altos niveles de exposición al

sílice y a polvos metálicos tóxicos (que contengan plomo, arsénico y cadmio).

8.3.1. Medidas preventivas de higiene y seguridad

Orden y limpieza en las áreas de trabajo: Contribuir a que el puesto de trabajo

se encuentre libre de suciedad, sustancias resbaladizas o residuos y bien

ordenado. Es sabido que para la fusión y refinado del metal, los hornos son

cargados por su parte superior con coque, piedra caliza y chatarra de hierro o

acero. Para reducir el riesgo de caída de objetos pesados debido a la

irregularidad de la carga, la limpieza y supervisión de los montones de materia

prima son medidas fundamentales.

Al reducir la chatarra a un tamaño manejable para la carga del horno y las

tolvas, suelen utilizarse mazas y grúas con grandes electroimanes. Para reducir

el riesgo de proyección de fragmentos, es necesaria una correcta protección de

la cabina grúa y capacitación de los operadores en materia de Higiene y

Seguridad en el Trabajo.

Ante el peligro de intoxicación por monóxido de carbono, se dispondrá de un

equipo de respiración y reanimación, y los operarios conocerán las

instrucciones para su manejo. Asimismo se limitarán los tiempos de exposición.

Los trabajadores deben tomar rigurosas medidas de protección personal: Uso

de guantes, cascos, pantallas faciales con cristales filtrantes normalizados.

El deslumbramiento y la radiación infrarroja producidos por los hornos y el

metal en proceso de fusión, provocan lesiones oculares. Deben usarse gafas

seleccionadas por un experto en higiene y seguridad en el trabajo y su montura

debe ser ajustada, también se usarán protectores faciales.

Los niveles de radiación infrarroja también pueden ocasionar quemaduras en la

piel, a menos que se utilicen ropas protectoras a dichas radiaciones y

resistentes a las quemaduras.

Los niveles de ruido producidos por la trituración del mineral, los ventiladores

de descarga de gas y los hornos eléctricos de alta potencia, pueden provocar

riesgo de pérdida auditiva. Si no es posible confinar o aislar la fuente de ruido,

deben usarse protectores auditivos. Se debe implementar un programa de

conservación auditiva que incluya pruebas audio métricas y capacitación del

personal.

http://www.cihmas.com.ar/orden-y-limpieza/



La elevación y manipulación manual de materiales puede ocasionar lesiones de

espalda y de las extremidades superiores. Los medios de elevación mecánicos

y una capacitación adecuada acerca de los métodos ergonómicos de

levantamiento de cargas y de elevación son necesarios en la reducción de

estos riesgos.

8.3.2. LESIONES GENERADAS POR ACCIDENTES DE TRABAJO

La industria de fundición y refinación, presenta un alto índice de lesiones por

accidentes de trabajo. Entre las causas más frecuentes se encuentran:

Salpicaduras y derrames de metal fundido y escoria que provoca quemaduras.

Explosiones de gas por contacto de metal fundido con agua.

Choque con equipos móviles, locomotoras y vagonetas en movimiento, grúas

móviles y otros.

Caída de objetos pesados.

Caídas de altura (por ejemplo, al acceder a la cabina de una grúa).

Lesiones por resbalar o tropezar con obstáculos en el suelo y las pasarelas.

8.3.3. Precauciones fundamentales de estos riesgos:

Capacitación al personal en materia de Higiene y Seguridad y prevención de

riesgos.

Uso de equipos de protección personal, (cascos, calzado de seguridad,

guantes de trabajo y ropas protectoras.

Almacenamiento correcto de materiales y materias primas.

Programa de conservación y mantenimiento de equipos.

Normas de prevención de transito interno para el equipo móvil, definición y

trazado de rutas de circulación.

Implementar un sistema eficiente de aviso y señalización.

Implementar un programa de protección control de riesgos genéralas y especí-

ficos

http://www.cihmas.com.ar/accidentes-de-trabajo/

http://www.cihmas.com.ar/calzado-de-seguridad/



BIBLIGRAFIA

Groover: Procesos de Manufactura moderna. 3 Ed Mc Prentice Hall.

Kalpakjian: Manufactura, ingeniería y tencnologia 4 Ed Mc Prentice Hall

John A. Schey: Procesos de manufactura

Shigley; Diseño en ingeniera mecánica 9 ed. Ed Mc Prentice Hall

LINCOGRAFIA

http://mazzola.biz/inyectoras_camaracaliente.htm#

http://www.sjforming.com/2-peripheral-machinery/227799

http://www.sjforming.com/4-die-casting-

machine/210339?type=texts2#innerLinks_1


http://es.slideshare.net/tango67/procesos-especiales-de-fundicin

https://es.scribd.com/doc/63117121/Fundicion-en-Molde-Permanente

http://materias.fi.uba.ar/7204/teoricas/Fundicion%20en%20molde%20p

ermanente.pdf

http://www.aprendizaje.com.mx/curso/proceso1/temario1_v.html

REFERENCIAS

TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECANICO

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO PARA COLADO EN MOLDE

PERMANETE”

AUTOR: William Danilo Arias Espin.

Quito - 2007

http://bibdigital.epn.edu.ec/

http://mazzola.biz/inyectoras_camaracaliente.htm


http://www.sjforming.com/4-die-casting-machine/210339?type=texts2#innerLinks_1

http://www.sjforming.com/4-die-casting-machine/210339?type=texts2#innerLinks_1


http://es.slideshare.net/tango67/procesos-especiales-de-fundicin

https://es.scribd.com/doc/63117121/Fundicion-en-Molde-Permanente

http://materias.fi.uba.ar/7204/teoricas/Fundicion%20en%20molde%20permanente.pdf

http://materias.fi.uba.ar/7204/teoricas/Fundicion%20en%20molde%20permanente.pdf

http://www.aprendizaje.com.mx/curso/proceso1/temario1_v.html

informe de fundición en model permanente

Engineering