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•  Análisis de las arenas en fundición de metales.

Una arena de fundición debe cumplir una serie de requisitos para que sea utilizada óptimamente enfundición, existen muchos tipos de análisis de arenas pero dentro de los más importantes tenemos:

o Determinación del porcentaje de humedad

o Determinación del porcentaje de arcilla

o Determinación de la dureza

o Determinación de la permeabilidad

o  Análisis granulométrico de la arena de fundición

Determinación del porcentaje de humedad:

xisten básicamente dos métodos para determinar la humedad de una arena de fundición es:

o a. Método del carburo de calcio: consiste en un recipiente con cierre hermético ! conun manómetro graduado en porcentaje "#$ deagua, se introduce en el recipiente un determinado pesode arena h%meda, con una peque&a adición de carburo de calcio, el agua reacciona qu'micamente conel carburo de calcio desprendiendo gas acetileno, aumenta ! sube la presión dentro del recipiente ! elmanómetro indica directamente el porcentaje de humedad de esa arena de fundición (ste métodopara la determinación de humedad no es mu! exacto pero si es mu! práctico ! rápido(

Ejemplo:

Una muestra t'pica puede ser:

)* granos de arena h%meda

+arburo de calcio "de )* a ) # en peso de la arena h%meda$

Fig. 1. Distribución de la caja para el moldeo  b. Método del secado: se determina la humedad pesando una peque&a cantidad de

arena antes ! después del secado en una estufa a una temperatura de )*( a ))-+( ste método es másexacto que el interior, pero se requiere más tiempo para determinarlo(

Ejemplo:

Una muestra t'pica puede ser:

.eso de la muestra humedad al ingreso / *gr "s'lice 0 arcilla 0 agua$

.eso de la muestra seca a la salida / 12 gr "s'lice 0 arcilla$

.eso de la humedad desprendida "agua$ / 12 gr "agua$ntonces:

* gramos )**#

1 gramos x#

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Fig. 1!. "roceso de secado de la arena

1.#. Determinación del porcentaje de arcilla.

una peque&a muestra de arena pre3iamente secada ! de peso conocido se introduce en un45678AD94, se a&ade agua destilada 0 )*# de hidróxido de sodio ";a 9<$, se pone a her3ir en unaestufa durante media hora, luego se agita durante minutos ! se deja reposar el contenido,posteriormente se descarga el agua turbia "que contiene arcilla$( n el fondo del recipiente se decantala s'lice( =e repite la operación de > a ? 3eces hasta concluir la operación ! determinar el porcentaje dearcilla(

Fig. 1#. $ami%ado de la arena en fundición

1.#.1 &istema de alimentaciónUn sistema de alimentación es un conjunto de canales, inclu!endo la balsa, por medio del cual el metalfundido es conducido a la ca3idad del molde( 5as funciones básicas de un sistema de alimentación son:

o .ro3eer en forma continua ! uniforme de metal fundido ! sin turbulencias a la ca3idad delmolde(

o  Abastecer a la pieza fundida de metal liquido durante la solidificación ! enfriamiento

o .re3enir el sangrado de escorias, arena ! otras inclusiones no metálicas desde la entrada almolde(

o .re3enir la destrucción de las paredes del molde debido al torrente del metal l'quido(Un sistema de alimentación estándar para metales ferrosos consta de las siguientes partes:

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5a balsa, cubeta o embudo: generalmente es un recipiente en forma de una taza ubicada en la partesuperior del molde, donde se 3ierte el metal l'quido fundido para formar la pieza en el interior delmodelo(

l bebedero: es un ducto de sección redonda o cuadrada, de ma!or diámetro en la parte inferior esdecir tiene la forma de un tronco cónico, une la balsa con el pozo o embalse(

Fig. 1'. Dise(o del sistema de alimentación en fundición

$ipo de sistemás de alimentacion)#*

o a. &istema de alimentacion a presión: cuando se mantiene una contra presión en elsistema de alimentación por medio de una restriccion del flojo en las entradas , esto requiereusualmente que el area total de las entradas no sea mas grande que el area de la sección trans3ersal del

 bebedero , por ejemplo

 +entajas :@5a longitud de los canales de ataque no necesita prolongarse(

@5os canales de ataque estan completamente llenos de metal liquido durante la colada(

DE&+E,$A-A& :

@=e produce una turbulencia considerable en los ataques o portadas(

 b.&/&$EMA DE A0/ME,$A/2, &/, "3E&/2,. +uando se cumple con las siguientesrelaciones de escalonamiento de areas :

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 +E,$A-A&:

@=e elimina la turbulencia en las entradas(

DE&+E,$A-A&:

@5as longitudes de los canales de ataque seran ma!ores que en los sistemás a presion(

@ l sistema no se encuentra completamente lleno de metal liquido durante la colada(

o .ara dimensionar tanto el canal de colada "A++$, como los canales de ataque" Aca $, sepuede considerar la altura del canal de colada como el triple de la altura del canal de ataque, de lasiguiente forma :

o

Fig. 14. Forma del canal de colada 5 ata6ue

"rincipales formás de las secciones en los canales

Ejemplo(@ .ara fundir una determinada pieza se tienen los siguientes datos del sistema dealimentacion :

=e pide determinar:

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a(@ 5a relacion del escalonamiento de áreas(

 b(@Bue tipo de sistema de alimentacion se esta utilizandoC

&207/2,

a(@ elacion de escalonamiento de areas :

 b(@ De acuerdo a la relacion de escalonamiento de áreas, se esta utilizando un sistema a presion(

1.#.8 Dise(o de un sistema de alimentacion.

5as dimensiones de un sistema de alimentacion estan determinados en base al área de la secciontrans3ersal de los canales de ataque( 5as dimensiones de los otros ductos depende sobre todo de laseccion de estos canales de ataque(

5a siguiente formula se utiliza para calcular la seccion trans3ersal de los canales de ataque, ! esta basada sobre las condiciones del flujo de fluidos en canales cerrados "flujo en tuberias $:

5a carga hidrostatica efecti3a puede determinarse por la siguiente formula :

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5a seccion trans3ersal del bebedero ! del canal de colada dependen de la suma total de la seciontrans3ersal de los canales de ataque, ! pueden determinarse en una primera aproximacion por lasiguiente relacion :

)(1 )(> ) " elacion de la seccion del bebedero del canal de colada ! a la seccion trans3ersal de todoslos canales de ataque$

Fig. 19. Distribución de la colada para una pie%a en fundición

"roblema 8Disenar el sistema de alimentacion para fundir una pieza de fierro fundido gris con una relacion deescalonamiento de áreas de:

)(? )(> ), la pieza sola pesara 1Eg, el tiempo de colada sera de F* segundos, el sistema completode alimentacion constara de: Un bebedero de seccion circular, un canal de colada rectangular ! doscanales de ataque de seccion cuadrada( 5os demas datos del sistema son:

<max /?**mm

<g / )G*mm

<e / >**mm Ab Acc Aca " )(? )(> )

.eso "g$ / 1Eg

H / F*s

Un bebedero de sección(

Un canal de colada de sección(

Dos canales de ataque de sección(

&olución:

+arga hidrostática efecti3a "<e$

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Iactor de colada "u$:

.ara fundición ferrosa: u / *(>J a *(K

=ección trans3ersal de los canales de ataque portados:

Dimensiones de cada uno de los canales de ataque(

=ecciones trans3ersales de los canales de colada ! el bebedero:

+omo la relación del escalonamiento de áreas es: )(? )(> )

Dimensiones del bebedero:

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1.#. "resión metalostática

Durante la colada o sea cuando se 3ac'a el metal fundido l'quido en la ca3idad del molde, se suceden

una serie de fenómenos que con3iene analizar ! tomar las precauciones necesarias: l metal liquido mu! caliente ! pesado discurre por los canales del sistema de

alimentación, penetra en la ca3idad del molde, choca contra las paredes ! a3anza con mo3imientosarremolinados, durante esta fase tienden a producirse las erosiones que tratan de da&ar el molde(

Una 3ez llenada la ca3idad del molde ! mientras el metal está en estado l'quido,ejerce sobre todas las paredes del molde ! sobre los cuerpos incluidos en el "machos$, una presiónmetalostática perpendicular a la superficie del molde(

 Análisis 5 cálculo del empuje metalostático

"roblema

=e desea fundir una pieza de una aleación ligera en la forma del paralelep'pedo mostrada, el metaltiene una gra3edad espec'fica de >(J EgfLdm?, ! la arena del macho tiene una gra3edad espec'fica de)(2 EgfLdm?, la altura de la superficie de partición hasta el ni3el del metal libre es de >* mm(

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=e pide determinar:

a( 5 empuje metalostática sobre la ca3idad superior del molde(

 b( 5os empujes metalostática laterales(

c( l empuje metalostática sobre la ca3idad superior del molde(

d( l empuje total sobre la ca3idad superior del molde(

e( l empuje total sobre la ca3idad inferior del molde luego que el metal seha!a solidificado(

=olución:

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1.#.! alculo del tiempo de solidificación de las pie%as fundidas

3egla de horino:l in3estigador checoslo3aco, después de muchos a&os de in3estigación sobre las piezas fundidas,encontró que existe una relación entre el 3olumen ! el área de disipación de calor, esta relación estápropuesta por:

H / M("6LA$N

Dónde:

H/ tiempo de solidificación

M/ cte( que depende de las propiedades térmicas del sistema

 6/3olumen A/área de disipación del calor

.ara obtener una pieza fundida seg%n +h3orino3 "sana$, debe cumplirse la siguiente relación básica:

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"roblema 1

=e quiere fabricar por fundición un bloque de fierro fundido de ?**mm de diámetro x )**mm dealtura, utilizando una mazarota cil'ndrica central de D /)*mm ! </>**mm(+onsiderando a lamazarota de bases sin aislar ! admitiendo que se cumple la egla de +h3orino3, además E /2*minLdm>( =e pide determinar si la pieza saldrá sana o con rechupe(

1.#.# Dise(o de ma%arotas por Método de aine.

l criterio de +aine se basa en que la disipación del calor es una función del área superficial de la pieza

 ! la cantidad de calor que es una función del 3olumen( l método de +aine se utiliza para dimensionarmazarotas ! además para 3er si la pieza saldrá maciza o con rechupe(

5a ecuación general de +aine 3iene dada por:

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Dónde:

O / elación de solidificación(

a( b( c /+onstantes que dependen del material a fundir(

 Además la relación de solidificación se puede calcular por la siguiente ecuación:

"roblema #

=e requiere fundir un cilindro de acero para bomba alternati3a de )> in de diámetro exterior por )* inde diámetro interior por >1 in de longitud, utilizando > mazarotas cil'ndricas iguales de D/ in x </Gin considerando a estas mazarotas de bases aisladas del flujo de calor( Aplicando el método de +aine, se

pide a3eriguar si la pieza fundida saldrá maciza o con rechupe(

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&207/2,

"roblema '=e puede utilizar cuatro mazarotas cil'ndricas iguales de </)(J x D para fundir la pieza de la figura,ubicadas en la posición mostrada, del diagrama de P+aine seleccionamos: O/)(2, Preal / *(>2(+onsiderando a las mazarotas de bases aisladas del flujo de calor ! utilizando el Qétodo de +aine(

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=e pide determinar:

a(@ +alcular las dimensiones de las mazarotas para este requerimiento(

 b(@ A3eriguar el tiempo de solidificación de la pieza fundida(

&olución:

@Rrea de disipación del calor de la pieza a fundir "Af$:

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=eg%n la ecuacion de ch3orino3:

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Materiales 5 métodos"32;E$2 DE F7,D//<,, el cual surge de:

,ecesidad= usuario= dise(ador= condiciones de sericio= proceso de fabricación=fundición= plano de ingenier>a= plano de modeler>a= modelo= obtención del molde= planode fundición= molde= solidificación= pie%a fundida= pie%a ?til.

5uego de analizar el esquema de trabajo presentado anteriormente se&alaremos a continuación loscomponentes de este esquema que influ!eron en el proceso de fabricación desarrollado por nosotros(

"32;E$2 DE D/&E@2Durante el dise&o de una pieza, su principal cometido es lograr una pieza resistente ! duradera quecumpla eficientemente con las funciones por las cuales se 3a a fabricar, en esta parte es donde laingenier'a del dise&ador marcará la pauta para el logro de esteobjeti3o( 5o siguiente es transmitir eldise&o !a ideado con todos los detalles medidas ! cotas al constructor para lo cual se emplean losplanos de ingenier'a, modeler'a ! fundición que a continuación se explicarán con detalle

"0A,2 DE /,E,/E3BA 

n el plano de ingenier'a, se representan la escala, todas las medidas de la pieza, con sus cortesauxiliares ! con las propiedades del material( n este plano puede 3erse la pieza que se desea lograrcon el proceso de fundición, mostrando todos sus detalles "cotas de la pieza, escala, zonas de

mecanizado$( ste plano permite establecer el material adecuado para la pieza que se 3a a construir(stá constituido por las dimensiones de la pieza, que nos permiten saber el tama&o real o a escala deldise&o a realizar( s necesario saber el tipo de material con que 3amos a trabajar para determinarcuánto se 3a a contraer la pieza ! dependiendo de sucomportamiento 3ar'a el acabado final del mismo(

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5a zona de mecanizado permite dar el acabado final de la pieza, actuando sobre todas aquellasimpurezas o defectos que pueden quedar sobre la pieza en el proceso de fundición(

"0A,2 DE M2DE0E3BA 

.resenta todas las modificaciones ! consideraciones necesarias realizadas sobre el plano de ingenier'a, !a que la pieza dentro del molde sufre contracciones por la parte interna, de all' que las dimensionesexteriores aumenten ! las interiores se reduzcan un determinado porcentaje de acuerdo al material( =eindica además, la l'nea de junta, que es aquella donde se hace la di3isión de la pieza con sus respecti3os

moldes ! la salida o conicidad(stá constituido por 5as 5'neas de juntas que nos permiten saber dónde se di3ide el modelo ! tambiénse se&ala la salida o conicidad, que es el ángulo que se le da al modelo para que pueda ser extra'do(

C0702& ; 2,&/DE3A/2,E& E, E0 "0A,2 DE M2DE0E3BA 

Un punto importante a considerar es la contracción del metal al enfriarse( .ara pre3er esta situación, almodelo original se le adiciona un porcentaje entre el ) ! ?# usualmente( n nuestro caso se le adicionóun ?#( +on este 3alor corregimos las posibles diferencias con respecto a la pieza original que se puedenconseguir al enfriar el material(

5a"s$ portada"s$ de macho"s$ se deben obser3ar en los planos de modeler'a( n ellas descansan los

machos, cuando se necesitan en la pieza un agujero o perforación( 5a longitud de la portada de machoes de aproximadamente, el diámetro del macho(

.ara nuestro caso la salida de nuestro modelo es prácticamente natural, sin embargo, se realizó unángulo de salida de ? grados, a las superficies que fueran necesarias, con el fin de e3itar que al retirar elmodelo de la caja "desmoldeo$ la arena no se adhiera a la misma rompiendo el molde( 5a portada demacho también requiere de una conicidad, !a que también se puede desprender arena por el hecho deser 3ertical(

3esultados 5 discusión"roblemas 1

álculos para el plano de fundición por colada +olumen del Modelo

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.ara calcular la sección de entrada de la colada:

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Homando en cuenta que para el aluminio Se: Sd: SD es ):?:?, donde

 Sd : sección de distribución ! SD: sección de descenso,

.odemos obtener:

 Sd = 3.Se por lo tanto Sd = 44.1mm2,

 As' mismo Sd = w.h y w=2h

9bteniendo:

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"roblemas 8

=e debe dise&arse una mazarota cil'ndrica para un molde de fundición en arena, usando la regla de+h3orino3( 5a fundición es una placa rectangular de acero con dimensiones *(*J2> m x *()>J x *(*>1m( n las obser3aciones pre3ias se ha indicado que el tiempo de solidificación total "H=H$ para estafundición es de )(2 min( 5a mazarota cil'ndrica tendrá una relación de diámetro a altura de )(* ! delmismo modo se deberá determinar para una mazarota que deberá tener el tiempo de solidificación de>(* minutos

=e pide determinar:

)( l 3olumen de la placa ! la superficie de la mazarota para el tiempo de

)(2min( >( 5a constante del molde(

?( 5a relación 6LA para la placa requerida para > min(

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1( 5a dimensión que la mazarota para el tiempo de >(*min(

( l diámetro ! la altura de la mazarota

=olución:

)( l 3olumen de la placa ! la superficie de la mazarota para el tiempo de)(2min(

=u 3olumen

 6 / *(*J2> x *()>J x *(*>1 / *(***>1G m?,

5a superficie:

 A / >"*(*J2> x *()>J$ 0 *(*J2> x *(*>1 0 *()>J x *(*>1$ / *(*?>>G m>(

>( 5a constante del molde(

Dado que H=H / )(2 min podemos

?( 5a relación 6LA para la placa requerida para > min(

 Rrea de la superficie:

1( 5a dimensión que la mazarota para el tiempo de >(*min(

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( 5a dimensión que la mazarota para el tiempo de >(*min(