manu i labo 1 2012-ii

Ingeniería Industrial

Laboratorio N 1

I

ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

Fundición en Arena

Integrantes:

-Albornoz-Castro Leon, Valia (200510912)

-Guillermo Valdivieso, Lucero (200910667)

--Silva Diaz, Luis Miguel (200812304)

PROCESOS DE MANUFACTURA I

Ing. Amado Castro Chonta

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

1. Objetivos

Conocer las técnicas de procesos de moldeo y fundición en arena. Conocer factores importantes que influyan en la selección de parámetros para los

procesos de fundición en arena. Conocer los componentes de un molde

2. Fundamento teórico.

FUNDICIÓN.- Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas, también de plástico, que consiste en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.

La fabricación de piezas metálicas de una forma y tamaño definidos, fundiendo un metal o aleación y vertiéndolo en moldes construidos previamente, es la técnica que se designa con el nombre de conformación de metales por moldeo.

¿Qué es un molde? Un molde es un recipiente que presenta una cavidad que tiene todas las secciones del modelo, limitada por una pared refractaria (que puede ser arena u otro material) en la que se introduce el metal líquido que, al solidificarse, adopta la forma de la cavidad. Una vez enfriada se pasa a la operación de desmoldeo, para retirar todo aquello que no corresponde al producto fabricado, luego se le hace el acabado y el control de calidad.

El proceso de manufactura tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza, que tiene la propiedad de soportar altas temperaturas, y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita la evacuación de los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.


Tipos de Moldeo en Arena

Moldeo en arena verde. Consiste en la elaboración del molde con arena húmeda; que es una mezcla de arena, arcilla y agua; y colada directa del metal fundido. Es el método más empleado en la actualidad, con todo tipo de metales y aleaciones, utilizada para piezas de tamaño pequeño y medio.

La desventaja es por ser no adecuado para piezas grandes o de geometrías complejas, ni para obtener buenos acabados superficiales o tolerancias reducida.

Moldeo en arena químico. Consiste en la elaboración del molde con arena preparada, que es arena mezclada con resinas, el fraguado de estas resinas puede ser por un tercer componente líquido ó gaseoso, ó por autofraguado. De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño y dar mejor acabado superficial.

Moldeo en arena seca. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300ºC). De este modo se incrementa la rigidez del molde, lo que permite fundir piezas de mayor tamaño, geometrías más complejas y con mayor precisión dimensional y mejor acabado superficial.

Moldeo mecánico. Consiste en la automatización del moldeo en arena verde. La generación del molde mediante prensas mecánicas o hidráulicas, permite obtener moldes densos y resistentes que subsanan las deficiencias del moldeo tradicional en arena verde.

3. Materiales y equipos a utilizar:


Arena de sílice, arcilla aglutinante, y polvo separador.

Máquina de mezclar, horno crisol para fundición de metales, caja de moldeo superior e inferior, copa de vaciado, sistemas de alimentación, mazarotas, corazones, plancha volteable, apisonadores, tira de metal, clavijas cónicas; clavo de acero, cucharon.

Modelos de madera, de cobre, o de plástico.

Metal de fundición: cobre o aluminio

4. Detalles de la parte experimental

Diseño del Modelo.

El modelo es la pieza que se pretende reproducir, pero con algunas modificaciones relacionadas a la naturaleza del proceso de fundición:

El modelo debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta las contracciones que sufre el metal durante el proceso de fundición, desde la temperatura de vaciado hasta que se haya enfriado a temperatura ambiente. El porcentaje de reducción depende del material empleado para la fundición.

A esta dimensión se debe dar una sobremedida en los casos en el que se dé a la pieza fundida un proceso adicional de maquinado o acabado por arranque de viruta.

Las superficies del modelo deberán respetar unos ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo al preparar el molde (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción. Este ángulo se denomina ángulo de salida. Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.

Incluir y hacer todos los canales de alimentación, contactos y mazarotas necesarios para el llenado del molde con el metal fundido.

Si es necesario incluirá portadas, que son prolongaciones que sirven para la colocación del macho.

Fabricación del modelo.- En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano hasta metales como el aluminio o el hierro fundido. Usualmente se fabrican dos semimodelos correspondientes a sendas partes del molde que es necesario fabricar. Para la fabricación del modelo es importante conocer las características del material a emplear que está en función de la productividad deseada.

Características de los materiales de los modelos


Manufactura de una pieza metálica por fundición en arena:

Compactación de la arena alrededor del modelo. Para ello primero se coloca cada semimodelo en una tabla volteable, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente. Se recubre el modelo con polvo separador (que puede ser talco, grafito u otro) para evitar que la arena se adhiera. Esto facilita la posterior separación del modelo.

Colocación del corazón. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer de corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los corazones se elaboran con arenas especiales debido a que deben ser más resistentes que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación en el molde. Una vez colocado, se juntan ambas caras del molde y se sujetan.

Compactación de la arena. A continuación se mete arena a presión en la caja de fundición utilizando una apisonadora en forma de cuña. La superficie alta de la arena se nivela con una tira de metal. La parte baja de la caja de moldeo, junto con la plancha volteable se invierte sobre otra plancha análoga, eliminándose la plancha volteable original.

La parte alta de la caja de fundición se sitúa en su lugar sobre la parte baja de la caja de moldeo, fijándola mediante espigas que ajustan con los casquillos con que cuenta la parte baja de la caja de fundición. Luego se colocan unas clavijas cónicas cubiertas de polvo separador, utilizadas para formar el bebedero, mazarotas y respiradores. Después se llena de arena y se apisona para compactar la arena. Inmediatamente y con cuidado se separan las clavijas cónicas. La parte alta de la caja de moldeo se separa, y luego se saca el modelo suavemente, y cualquier arena que se haya soltado se elimina soplando suavemente. El bebedero, la mazarota y los

respiradores, estas cavidades se conectan mediante canales de alimentación y los contactos a la cavidad del moldeo para controlar el flujo de fundición. Entonces se une las partes del molde.

Se inicia la Colada o Fundición. Con el vertido del metal fundido en el molde.

Enfriamiento y solidificación. Esta etapa es la parte crítica de todo el proceso de fundición, ya que un enfriamiento excesivamente rápido puede provocar tensiones


mecánicas en la pieza, e incluso la aparición de grietas, mientras que si es demasiado lento perjudica la productividad de este proceso.

Desmoldeo. Rotura del molde y extracción de la pieza. En el desmoldeo también debe retirarse la arena que se uso como corazón. Toda esta arena se recicla para la construcción de nuevos moldes.

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

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

ESQUEMA DEL PROCESO


Cuestionario

1. ¿Hacer un DOP y explicar las operaciones para la manufactura del modelo?

DOP – FABRICACION DEL MODELO

OPERACIONES A REALIZAR:

Modelo terminado

1 min

2 min

5 min

110 min

50 min

10 min

100 min

Madera

Pintar

Pulir

Verificar medidas

Mecanizado en CNC

Dibujar el modelo en 3D

Diseñar el modelo

Dibujar la pieza

6

5

4

3

2

1

1

OPERACION6

INSPECCION1


El primer paso es el dibujo de la pieza que deseamos fabricar. El segundo paso es el diseño del modelo para fundición, muchas veces el primer y el

segundo paso se hacen en el mismo momento, pero este segundo paso es el mas importante de todos los pasos para hacer un buen modelo.

Material en el cual se fundirá la pieza final:

Angulo de desmolde

El tercer paso es el dibujo en 3 dimensiones del modelo, este dibujo 3D nos permitirá tener una visualización mucho más gráfica del modelo terminado y dependiendo el software podremos hacer cálculos del peso de la pieza fundida, análisis de ángulos de desmolde y un sinfín de detalles más, pero por sobre todas las cosas, podremos utilizar este dibujo en 3D para hacer un programa de mecanizado

Una vez realizado el diseño del modelo para fundición solo resta transformar ese dibujo en algo tangible. Existen miles de procedimientos para llegar desde pedazos de metal, madera, tecnopor o plásticos hasta el modelo para fundición. Pero uno de los mas sencillos de mostrar es el mecanizado en CNC

2. ¿El material más destacado para la elaboración del moldeo es la arena sílice, por qué?

ARENA SÍLICE presenta una temperatura de fusión del orden de 1713°C y su densidad varía entre 2,5 y 2,8 g/cm3.

La arena de Sílice es un compuesta resultante de la combinación del Silice con el Oxigeno. Su composición química esta formada por un átomo de sílice y dos átomos de Oxigeno, formando una molécula muy estable: Si O2

ARENA SÍLICA (SiO2) se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse, además garantiza la consistencia del molde de arena durante el proceso de fundición. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal, luego de la fundición se desintegra fácilmente del molde

Este tipo de arena es recomendable ya que gracias a su contenido es posible obtener mayor permeabilidad, lo que conlleva a una disminución de los defectos de la pieza.

3. ¿Hacer un DOP de este proceso de manufactura y explicar cada operación para la fundición en arena? Tomar como base por lo menos tres videos.

DOP – FUNDICION EN ARENA


OPERACIÓN 19

INSPECCION 0

DEMORA 1

TRANSPORTE

0

OPER. E INSPEC.

1


A) Sobre una tabla -tabla de moldeo-; se coloca el modelo, por la mayor de sus caras.

B) Se coloca sobre la tabla, alrededor del modelo una caja de moldeo de tamaña adecuado.

15 min

3 min

3 min

2 min

3 min

0.5min

6 min

5 min

5 min

1 min

5 min

8 min

4 min

0.5 min

1 min

2 min

5 min

8 min

0.5 min

10 min

2 min

Tabla de moldeo

Metal líquido

Pieza terminada

Se rompe el molde

Se espera solidificación

Se coloca por el conducto

Se cuela el metal

1

arena

Talco

Polvo separador

Se espolvorea

Se compacta

Se vierte

Se vierte arena

Se coloca bebedor y mazarota

Se espolvorea talco

Retira tabla de moldeo

Se voltea la caja

Se coloca caja de moldeo

Se coloca tabla de moldeo

Se polvorea con talco

Se verifica y retoca

Se extrae el modelo

Se forma canal de alimentación

Retira tabla de moldeo y bebedor

Se compacta

Se coloca modelo

6

0

7

9

8

5

4

3

2

1


C) Se espolvorea el modelo con talco u otra sustancia en polvo que facilite su extracción posterior

D) Se rellena con arena y a continuación se apisona fuertemente, para evitar que se desmorone en el momento de la extracción del modelo.

E) Se le da la vuelta a la caja, se retira la tabla de moldear y a continuación se extrae el modelo. Se coloca el bebedor y mazarota para la conducción del metal liquido sobre la caja, se forma el canal de alimentación.

F) Se retoca el molde de los posibles desperfectos y se espolvorea con negro de humo.

G) se cuela el metal líquido.

H) Una vez el metal frío, se rompe el molde y se extrae la pieza.

4. ¿Hacer una ilustración esquemática de la secuencia de operaciones para la fundición en arena?


5. ¿Qué características deben de poseer los metales o aleaciones para el moldeo en arena?

Composición química y pureza se haya mantenido durante la fusión. Temperatura de vaciado correcta. La obtención de temperatura de vaciado correcta

es sumamente importante si se vacía el metal o la aleación a una temperatura demasiado baja puede no fluir adecuadamente y no llenar todas las regiones del molde y en el mejor de los casos se puede resultar un vaciado con numerosas rechupes.

El uso de una temperatura de vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.

Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es volátil a la temperatura de vaciado de la aleación.


6. En el diseño del modelo, la superficie del modelo debe tener ciertos ángulos con dirección al desmoldeo, ¿Cuánto es la medida de estos ángulos y como se llama a este?

El modelo debe tener ángulos de salida, ángulos mínimos con la dirección de desmoldeo (la dirección en la que se extraerá el modelo), con objeto de no dañar el molde de arena durante su extracción.

Se recomiendan ángulos entre 0,5º y 2º.

7. ¿Qué diferencias hay entre moldeo de arena por impacto y moldeo al vacío?

MOLDEO POR IMPACTO MOLDEO AL VACIO

En el moldeo por impacto la arena se compacta mediante una explosión

controlada o mediante la liberación de gases comprimidos. Éste método produce

moldes de una resistencia uniforme y buena permeabilidad.

Conocido también como el proceso “V”, el modelo se cubre completamente con una hoja delgada de plástico. Se coloca un cajón de moldeo sobre el modelo recubierto y se llena con arena seca sin aglutinante. Se coloca entonces una segunda hoja de plástico sobre la arena, y una acción de vacío endurece la arena de manera que se puede retirar el modelo. De esta manera se hace casi la mitad del molde, mismo que después se ensambla.

Durante el vaciado el molde se conserva en vacío, pero no la cavidad de la fundición. Una vez solidificado el metal, se elimina el vacío y la arena cae, liberando la fundición. El moldeo por vacío produce coladas con detalle de alta calidad y precisión dimensional. Es especialmente adecuado para fundiciones grandes y relativamente planas.

8. ¿Qué características debe de tener el molde para hacer un buen trabajo?

El modelo debe tener las siguientes características:

ser ligeramente más grande, considerando la contracción del material una vez solidificado.

Considerar tolerancias para la extracción del molde. La superficie del modelo se deben respetar los ángulos mínimos con la dirección del

desmoldeo (ángulo de salida).


Una sobre medida para el maquinado o acabado.

Uso Único.- Misma pieza pero preparada, cartoncillo (empaque de asbesto), hule rojo (neopreno), papel cascaron, pegamento 5000, pasta automotriz para el acabado.

Poco Uso.- Usar materiales fáciles de trabajar (madera).

Mucho uso (metálico).- Aluminio ideal, acero.

9. Existen máquinas que permiten un trabajo más productivo y tener materiales de alta calidad para el moldeo, mencione por lo menos dos de ellas y explique brevemente.

Molino de arena

Sirve para producir arenas partiendo de granulometrías sobrantes, obteniendo así un material de alta calidad y perfecta granulometría.

Máquinas de moldeo por sacudida y

compresión

Consta básicamente de una mesa accionada

por dos pistones en cilindros de aire, uno

dentro del otro. El molde en la mesa se sacude

por la acción del pistón inferior que eleva la

mesa en forma repetida y la deja caer

bruscamente en un colchón de rebote. Las

sacudidas empacan la arena en las partes

inferiores de la caja de moldeo pero no en la

parte superior. El cilindro más grande empuja hacia arriba la mesa para comprimir la arena

en el molde contra el cabezal de compresión en la parte superior. La opresión comprime las

capas superiores de la arena en el molde pero algunas veces no penetra en forma efectiva

todas las áreas del modelo. Máquinas de sacudida y vuelco con retiro del modelo: en esta

máquina una caja de modelo se coloca sobre un modelo en una mesa, se llena con arena y

se sacude. El exceso de arena se enrasa y se engrapa un tablero inferior a la caja de

moldeo. La máquina eleva el molde y lo desliza en una mesa o transportador. La caja se


libera de la máquina, el modelo se vibra, se saca del molde y se regresa a la posición de

carga. Máquinas similares comprimen y también sacuden.

Máquina lanzadora de arena

Esta máquina logra un empaque consistente y un

efecto de apisonado lanzando arena con alta

velocidad al modelo. La arena de una tolva se

alimenta mediante una banda a un impulsor de

alta velocidad en el cabezal. Una disposición

común es suspender la lanzadora con contrapesos

y moverla para dirigir la corriente de arena con

ventaja dentro de un molde. La dureza del molde

se puede controlar mediante el operador

cambiando la velocidad del impulsor y moviendo la cabeza impulsora. Su principal utilidad

es para apisonar grandes moldes y su única función es empacar la arena en los moldes.

Generalmente trabaja con el equipo de retiro del modelo.

10. Señalar y discutir las ventajas y limitaciones del proceso de manufactura de fundición en arena

VENTAJAS DESVENTAJAS

Amplia variedad de tamaños.

Geometrías de complejidad media.

Económico.

Valido para cualquier aleación media.

Aspecto y calidad superficial pobre.

Demasiada tolerancia en las dimensiones.

Necesita de mano de obra cualificada.

Probabilidad de defectos.

El método de fundición en arena es especialmente adecuado para la obtención de formas complicadas. En muchos casos este procedimiento es la única solución técnica a la que se puede recurrir para moldear piezas con machos de formas complejas


11. Explicar paso a paso el proceso de manufactura de una campana de 300 kg semejante a la campana María Angola.

Los elementos que se precisan para moldear piezas de revolución son:

Terraja, plantilla o calibreTabla de madera dura, con perfil biselado, que reproduce la generatriz de la superficie exterior o interior de la pieza.

Brazo portarreja, gramil o banderaDonde se sujeta la terraja y puede deslizar y girar alrededor del árbol del calibre. Este último tiene que estar bien centrado y ha de tener suficiente resistencia para no doblarse con el peso del brazo y terraja.

Las operaciones de moldeo son:

a. Obtención de las terrajas.-

Conocido el perfil de la pieza, se construyen las terrajas capaces de reproducir el perfil exterior e interior.

b. Colocar la terraja en posición de trabajo.

Fases:

a) Hacer un hoyo en el suelo del taller.b) Colocar en su posición el soporte o quicio del árbol de la terraja.c) Colocar el árbol en la posición vertical y fijar la terraja en el gramil.

c. Preparar la arena para aterrajar.

Fases:

a) Colocar la caja de fondo.b) Echar arena de relleno y un lecho de cok para facilitar el gaseo.c) Rellenar y apretar la caja con arena de moldeo. d) Pinchar vientos.

d. Aterrajar y preparar la superficie

Fases:

a) Colocar la terraja A en la posición conveniente.b) Mover la terraja con la mano izquierda en sentido contrario a las agujas del

reloj, al mismo tiempo que se va retirando la arena cortada, con la mano derecha.

c) Retirar la terraja, alisar y espolvorear con grafito.


e. Obtención del hueco del molde en las cajas superiores.

Fases:

a) Colocar en el eje un tubo para poder retirar la caja superior sin deteriorarla. b) Las fases siguientes son las mismas que se han descrito en la operación de

moldeo con modelo.c) Finalmente se retira el tubo y se rellena el hueco con arena.

f. Aterrajar de nuevo para obtener la parte inferior del molde.

Fases:

a) Se sujeta sobre la terraja A, la terraja B que reproduce el perfil interior.b) Se corta en el modelo anterior arena para que la terraja se sitúe en su

posición de trabajo.c) Se aterraja con B, cortando un espesor de arena igual al espesor de la

cubeta.d) Se retira la terraja, su brazo soporte y el árbol.e) Se tapa con arena el orificio del árbol.

En todos los casos el llenado del molde se puede efectuar de diversas formas, siempre teniendo en cuenta la forma de la pieza y evitar la solidificación antes del completo llenado.

WEBGRAFÍA


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http://sifunpro.tripod.com/fund.htm http://www.youtube.com/watch?v=Q21L8BBJj_I&feature=related .http://tecnologiafuentenueva.wikispaces.com/file/view/14+Moldeo1.pdf http://www.youtube.com/watch?v=Zg7eLwMUmzw&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=VWzwpzqoZAM&feature=related http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/8183377/Modelos-para-fundicion-y-

matrices.htm http://html.rincondelvago.com/metalurgia_3.html http://books.google.com.pe/books?

id=gilYI9_KKAoC&pg=PA269&lpg=PA269&dq=moldeo+de+arena+por+impacto&source=bl&ots=mn4PuUtsFz&sig=wNA-7eIXoq1b5VyQzAnwyuA5B-U&hl=es&ei=Uu1kTs67ApT34QS_2NDICg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=6&ved=0CDwQ6AEwBTgK#v=onepage&q=moldeo%20de%20arena%20por%20impacto&f=false

http://www.kompass-usa.com/anuario-producto-empresa/produccion/maquinaria- equipos-preparacion-machos-moldes-fundicion-5301200603-46260.html

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