Tema 2.1. Introduccion a La Fundicion (Color)

8/17/2019 Tema 2.1. Introduccion a La Fundicion (Color)

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1. Concepto de conformado por moldeo

2. Aleaciones para fundición

3. Mecanismos de solidificación

4. Elementos básicos del proceso de moldeo

5. El modelo

6. El molde

7. Proceso de moldeo y parámetros

8. Tipologías de colada

9. Defectos en piezas fundidas

10. Clasificación de los procesos de fundición

CONTENIDOS


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El conformado por moldeo (fundición o colada) es un proceso basadoen la fusión de metales y la posterior colada de estos en un hueco omolde que reproduce la forma de la pieza que se desea obtener,sucediéndose a continuación la solidificación en el enfriamiento


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• El moldeo es uno de los más antiguos procesos de conformado ,que se remonta 4.000 años atrás.

• En el proceso de fundición el metal fundido fluye por gravedad uotra fuerza dentro de un molde donde se solidifica y toma la formade la cavidad del molde

• A priori, el principio de la fundición es sencillo:

1) Se funde el metal

2) Se vierte en un molde

3) Se deja enfriar

4) Se extrae la pieza• Sin embargo, hay que considerar una gran cantidad de variables

• La fundición incluye la fundición de lingotes y la fundición deformas


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VENTAJAS:Facilidad y economía en la fabricación de piezas

complicadas (bloques de cilindros, culatas,bancadas, etc.)

Para piezas grandes y pequeñas

Para series grandes o cortas

Piezas finales o casi finales

Empleo de metales y aleaciones no aptos paraconformado por deformación o soldadura

En general, proceso económico

LIMITACIONES:En general, pobres propiedades

mecánicas Pueden aparecer porosidadesy defectos metalográficos en lasolidificación

Tolerancias no estrechas y acabadospobres Requieren otras operaciones deacabado

Riesgos laborales para trabajadores

Problemas ambientales


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2. Materiales para fundición

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• La Fluidez determinará la idoneidad de un material para ser utilizado:

Es una medida de la capacidad del metal para llenar el molde antes deenfriarse . La fluidez es inversa a la viscosidad

Existen métodos de ensayo para valorar la fluidez, como el molde espiral

Los factores que afectan la fluidez:

Temperatura de vaciado

Composición del metal Mecanismos de solidificación

Viscosidad del metal líquido

Calor transferido a los alrededores


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• La composición del metal determina, además de los mecanismos desolidificación, el calor de fusión (cantidad de calor requerida para que el metalpase del estado líquido al sólido)

• Un mayor calor de fusión tiende a incrementar la medida de la fluidez en lafundición


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CONTRACCIONES VOLUMÉTRICAS

Masa de acero fundido de 0,15% C que se enfría y solidifica


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Problemas asociados a la contracción

• Al disminuir la temperatura, los materiales se contraen dimensionalmente• Durante la fase de diseño es necesario tener en cuenta las contracciones para

sobre-dimensionar la cavidad del molde . De otra forma la contracción provocaráuna pieza fuera de tolerancias

FASE 1. Contracción enla fase liquida

FASE 2. Contracción durantela solidificación

FASE 3. Contracciónen la fase sólida

FASE 0. Vertido


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Metales puros

• El proceso de solidificación involucra el paso del material fundido a sólido

• La forma de cómo se produce difiere si el material es un metal puro o unaaleación

• El metal puro solidifica a una temperatura constante , el cambio de estado se produce en el punto de fusión

• Solidificación de fuera hacia dentro , con posibilidad de aparición de dendritas por enfriamiento rápido

• La concentración de la aleación en el frente de solidificación será distinta de la concentración promedio en el sistema


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Aleaciones

• Las aleaciones solidifican en un intervalo de temperaturay no a temperatura constante.

• El rango dependerá de la aleación y su composición

• Inicio solidificación: Película de granosequiaxiales en las paredes del molde

• Solidificación intermedia: Coexistencia delíquido y dendritas

• Solidificación final: Granos equiaxiales


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Pieza Modelo(Reproducción fiel

o casi fiel de lapieza final)

Molde (negativo de la pieza)

Machos Materialización dehuecos en negativoCajas de Machos

Fabricación de machospara moldes perdidos

Cajas de moldeo(moldeo en arena)


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Cubilote o crisolBebederos y mazarotas

Canales de colada

Horno


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5. El modelo

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• Es el prototipo de la pieza que se desea fabricar, modificada atendiendo alproceso.

• Sirven para confeccionar el molde

• Deben contener las características dimensionales de la pieza

• Habrá que tener en cuenta el proceso y las consideraciones de diseño deltipo de proceso ( contracciones , ángulos de desmoldeo , etc … )

• En general, para minimizar los defectos posibles habrá que estudiar el diseñode la pieza

• El material en el que se fabrica el modelo dependerá del tipo de proceso

Molde

ModeloPieza

fundida


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5. El modelo

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Clasificación de los modelos

•

Modelos desechables: Cera y poliestireno• Modelos recuperables: Madera, plástico, metal

EnterizosAl naturalDivididosEnterizos

CompletosCon machos

DivididosDe esqueleto

TerrajasPlantillas de traslación

Simplificados o reducidos

Plantillas de formaTiposde modelosy cajas

de machos

Perecederos o perdidos (generalmente enterizos)


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5. El modelo

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Modelo externo o modelo propiamente dichoNaturales

EnterosPartidos

SimplificadosEsqueletos

ArmazónPlantilla

Modelos internos



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5. El modelo

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Modelos externos o modelos propiamente dichoNaturales

EnterosPartidos


ArmazónPlantilla

Modelos internos



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5. El modelo

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Modelos externosNaturales

EnterosPartidos


ArmazónPlantilla

Modelos internos a) pieza de fundición, b) modelo,c) caja de noyos, d) macho.

Cierre de molde con macho



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5. El modelo


Placas modelo:Sencillas (las dos mitades en la misma cara de la placa ) Reversibles (las dos mitades en caras opuestas)Doble Placa (cada mitad en una placa )


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5. El modelo

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MODELOS DESECHABLES VS. MODELOS PERMANENTES

VentajasEl proceso requiere menos tiempo .

No se necesitan toleranciasespeciales para extracción

El acabado uniforme y bueno

No se requiere de modeloscomplejos

No se requieren machos

InconvenientesModelo destruido en el proceso

Modelos delicados de manipular

No puede ser revisado el modelode la cavidad

l d l


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5. El modelo

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1. Facilidad de desmodelado2. Contracción del material de la pieza al solidificar

3. Creces para el mecanizado de aquellas superficies en que se precise

4. Posibilidad de evitar la aparición de deformaciones durante elenfriamiento de la pieza

Factores a considerar en el diseño de los modelos

l d l


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5. El modelo

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FACILIDAD DE DESMOLDEADOmolde desmontable (dos o más partes)ángulos de salida (tabulados en función del tipo de material)Modelo desmontable


5 El d l


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5. El modelo

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CONTRACCIÓN

Al enfriarse el metal se contrae < dimensión que el moldeEl modelo se habrá de realizar algo mayor que el original.



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6 El ld


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6. El molde

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• Es el elemento que tiene en su interior la cavidad con la forma de la piezaque se desea obtener.

• El molde debe estar ajustado para compensar la posible contracción delmaterial durante la solidificación.

• Se fabrica de distintos materiales en función del proceso : Arena, yeso,cerámica o metal.

• Para prevenir defectos, se suele calentar antes de hacer la colada .• Pueden ser abiertos y cerrados . El molde abierto sólo se utiliza para lingotes

• Pueden ser permanentes (coquilla) o desechables (arena, cerámica … )


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6 El ld


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6. El molde

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• Bebedero• Cono d e colada• Canales de distrib ución• Ataque• Mazarotas• Macho o noyo• Línea de par tic ión o

divisoria

Elementos típicos del molde

Línea departición MachoAtaque

Mazarota

Bebedero

Canales dedistr ibución

Cavidaddel

modelo

Cono d e colada

6 El ld


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6. El molde

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CONO DE COLADA Y FILTROS

CONO DE COLADA:Es el encargado de recibir el metal de la cuchara ydirigirlo al bebedero , garantizando la alimentación uniforme del molde

Misión:Facilitar el vertido del metal fundido y mantener el flujo necesarioReducir al mínimo las turbulencias y remolinos

Atenuar el golpe del chorro del metal contra el molde

FILTROS:Van montados entre el cono de colada y el bebederoPueden ser de arena o de metal refractario

Misión:Evitar la entrada de escoria y regular la velocidad de colada

6 El ld


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6. El molde

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BEBEDERO

Es el conducto encargado de recoger el metal fundido del cono de coladay conducirlo a los canales de colada

Suelen estar dispuestos de forma vertical

Su sección suele ser en forma de tronco de cono con la base menor haciaabajo

Objetivo:Que el molde se llene de forma correcta

Que durante la colada permanezca lleno

Que no se produzcan erosiones ni choques

6 El molde


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6. El molde

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CANALES DE DISTRIBUCIÓN

Conductos que reciben el metal del bebedero y lo conducen a las entradas oataques

ATAQUES:

Encargados de introducir el metal fundido en lacavidad del moldeSu número y disposición depende de la forma ytamaño de la pieza

Puede actuar como colector de escorias, para eso se coloca por encimadel plano de los ataques

La escoria al ser de menor densidad del metal fundido, se quedanflotando en el canal de colada y no entran en el molde.Muy útil en las aleaciones pesadas

6 El molde


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6. El molde

Respiraderos y mazarotas

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RESPIRADEROS:Son conductos que se realizan en el molde para:dar salida al aire y a los gases que se originan durante la colada,evacuar las escorias que se hayan podido colar,regular la entrada del metal en el molde.

Piezas pequeñas no suelen llevar respiradero, basta con pinchar vientosPiezas grandes uno o más

MAZAROTAS:Sustituyen a los respiraderos cuando la aleación que se va a colar tiene unelevado coeficiente de contracción

Alimentan a la pieza con metal líquido durante la solidificación paraevitar rechupes

6 El molde


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6. El molde

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Limitado más allá del cual su influencia es nula,independientemente de su tamaño y de su cálculo más o menoscorrectoestudio previo para conocer nº y situación más conveniente

Deben situarse en las zonas de más difícil alimentaciónZonas masivas de última solidificación, procurando que ésta seadirigida desde la pieza hacia la mazarotaEs importante dimensionar la conexión de la mazarota a la

cavidad para que no solidifique antes que la pieza (la mazarota esmaterial de desecho por lo que no conviene sobredimensionarla).Facilidad de eliminación de las mazarotas tras la colada

Las mazarotas sobre secciones planas son más fáciles decortar que las que se apoyan sobre superficies curvas

Recomendaciones generales para mazarotas

Radios de acción de las mazarotas

6 El molde


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6. El molde

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ENFRIADORES:Elementos metálicos para acelerar la solidificación en suradio de acción

7 Proceso de moldeo Parámetros


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7. Proceso de moldeo. Parámetros

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PROCESO DE FUNDICIÓN

DISEÑO Y FABRICACIÓNDE ELEMENTOS DEL MOLDEO

FUNDIR METALPREPARAR ELEMENTOS DEMOLDEO

MOLDEO

DESBASTE LIMPIEZA SUPERFICIE INSPECCIÓN TRATAMIENTO TÉRMICO

MECANIZADO

COLADASOLIDIFICACIÓNDESMOLDEO



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PRINCIPALES FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROC. DE FUNDICIÓN

Molde (forma, resistencia, recuperación)

Fusión del metal , elección sistema f (T fusión, cantidad, calidad)

Colada (evacuación gases, fluidez)

Proceso de solidificación (características finales)

Retirada de molde (especialmente en los permanentes)

Limpieza, acabado e inspección (operaciones + tratamientos)



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Velocidad de llenado

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Una vez fundido el material, en función de su fluidez, elvertido se realiza a una velocidad que asegure elllenado correcto del molde

• Una velocidad alta generará turbulencias oerosiones que provocarán defectos.

• Una velocidad baja generará un enfriamientoprematuro o un descenso de la fluidez, que tambiénprovocará defectos.

= 2 · · ℎ V = veloc idad d el metal líqu ido base d el bebed erog = cons tante de la gravedadH = altura del bebedero

Para calcular la velocidad optima de vertido se utilizará la ecuación de Bernouilli :



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Tiempo de llenado

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La velocidad de flujo volumétrico de llenado del moldese puede calcular a partir de la ecuación decontinuidad:

Q= 1 · 1 = ·

MTF = Tiempo de llenado del molde (s)V = volumen de la cavidadQ= velocidad del flujo volumétrico (mm 3 /s)

Q = velocidad del flujo volumétrico (mm 3 /s)

v = velocidad A = área de la sección

=

A partir de este flujo, es inmediato el cálculo del tiempo de llenado del molde:

Para estos cálculos se acepta que el bebedero es ahusado, el área se reduce amedida que el líquido desciende y se acelera (de otra forma, aspiraría aire), y que elcanal de alimentación es horizontal y por tanto no interviene la altura



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Tiempo de solidificación

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El tiempo de solidificación es función del volumen de lafundición y de su área exterior ( regla de Chvorinov ):

= ·

t s= tiempo de solidificación (segundos)C = cte función del material empleado, la temperatura de la colada y las características delmoldeV = volumen

A = área exterior

8 Tipologías de colada


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Canales de colada. Conjunto de canales que conducen la aleación líquidahasta la cavidad del molde para el llenado del mismo

Colada directa o por lluvia


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FORMAS PRINCIPALES DE COLADA

Colada por la línea de partición del molde

Colada por el fondo o sifón

Colada escalonada o por etapas

• Piezas sencillas• Gran tamaño• Menor cantidad de material

fundido• Erosión moldes resistentes



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• Sencillo• Menor erosión que colada

directa

Canales de colada.Conjunto de canales que conducen la aleación líquidahasta la cavidad del molde para el llenado del mismo



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• Turbulencias y erosión reducidas• Fondo del molde tarda en solidificar• Problema rechupes




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• Corrige los problemas de la colada por el

fondo• Mayor complejidad


9 Defectos en piezas fundidas


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Se producen durante

Fusión

Colada

Solidificación

Pueden ser

Visibles

Ocultos



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DEFECTOS VISIBLES

De forma (deformaciones, aplastamientos,..)

De superficie (aspecto basto, inclusiones de arena, ..)

De conjunto de la pieza (intermitencia, piezas no llenas,..)

De forma

Desplazamiento de las cajas por juegoentre pernos y agujeros de orejas

Encorvamiento por heterogeneidad deespesores.Concavidad por la parte de mayor espesor



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DEFECTOS VISIBLES

De forma (deformaciones, aplastamientos,..)

De superficie (aspecto basto, inclusiones de arena, ..)

De conjunto de la pieza (intermitencia, piezas no llenas,..)

De forma

Desigualdad del espesor de tubos pordesplazamiento del macho por presiónmetalostática

Reducción de espesor debida a exceso depeso en la caja superior



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De conjunto

De superficie


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DEFECTOS VISIBLES

Hinchazones por hundimientode arena

Exfoliación: desprendimiento dearena en la parte inferior que flotaen la cara superior

Darta: terrón de arena que notermina de desprenderse

Intermitencia Pieza incompleta por elevadaaltura de la caja superior

El metal líquido rodea el hueco ycuando se unen las doscorrientes, no se sueldan



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DEFECTOS OCULTOS

Soluciones internas de continuidad (sopladuras, rechupes,..)

Composición y estructura inadecuada (temple inverso, segregaciones degrafito, ..)

Inclusiones de materias heterogéneas (arena, escoria, grafito,..)

Agujeros, burbujas y vesículasdebidas al exceso de humedaddel molde

Rechupe generado pormazarota insuficiente

Modos de prevenir rechupes:enfriadores internos o externos



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9. e ectos e p e as u d das

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10. Clasificación de los procesos de fundición


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p

P R O

C E S O S D E M O L D E O

Moldedesechable

Moldepermanente

(coquilla)

Modelorecuperable

Modeloperdido

Colada por gravedad

Colada a presión

Colada centrífuga

ArenaCáscara

Yeso

Cerámica

Microfusión

Moldeo con revestimiento

Mercast

Shaw

Unicast

CO2

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