Manufactura

Facultad de Ingeniería |

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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.

 Conocer las diferentes herramientas necesarias en un proceso de fundición.

2. Fundamento teórico

FUNDICIÓN.- El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Consiste en vaciar metal fundido en el molde con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se endurezca al enfriarse (se solidifique) y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

¿Qué es un molde? Un molde es una pieza, o un conjunto de piezas acopladas, interiormente huecas pero con los detalles e improntas en negativo del futuro sólido que se desea obtener. Para acoplar perfectamente las piezas de un molde se recurre generalmente a las llaves, que son incisiones en una cara y salientes en la otra, cuando ambas se unen previenen el desajuste.

Tipos de moldeo en arena

 Moldeo en arena verde:

Consiste en la elaboración de moldes partiendo de la mezcla de arena de sílice y bentonita (un derivado de la arcilla) a un 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua. Este método se puede utilizar con todo tipo de metales y aleaciones, no es utilizable para piezas de tamaños grandes, ni piezas complejas y no se tienen buenos acabados.

 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 o gaseoso o por auto fraguado. 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:

Estos moldes son hechos enteramente de arena común. Los moldes deben ser cocados totalmente antes de usarse, siendo las cajas de metal. Los moldes de arena seca mantienen esta forma cuando son vaciados y están libres de turbulencias de gas debidas a la humedad. Antes de la colada, el molde se seca a elevada temperatura (entre 200 y 300°C). 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:

En el moldeo mecánico, se disminuye la fatiga del operario, se acelera la producción y se obtiene un mejor acabado del molde. Se lleva a cabo en máquinas o prensas de moldeo que determinan el apisonado de la arena.

Según su funcionamiento, estas máquinas pueden apisonar por sacudidas, por vibración, por presión o por proyección de la arena; estos principios no son de aplicación aislada si no que existen máquinas que aplican algunos de ellos simultáneamente.

En el apisonado por sacudidas, la arena se apisona por un golpeteo obtenido por sacudidas verticales del chasis o mesa de moldeo el cual se eleva (lleno de arena suelta) hasta cierta altura y luego se deja caer bruscamente. Se obtiene así una compresión en la arena que será tanto más fuerte cuanto mayor sea la elevación dada por la máquina y el tiempo de accionamiento, el apisonado por presión se obtiene cuando se prensa o se apisona una sola vez, un volumen determinado de arena.

Esta compresión se efectúa mediante un exceso de arena o realce que debe ser bien calculado para obtener una dureza uniforme en la masa de la arena, debe tenerse en cuenta la altura y forma del modelo.

En el apisonado por proyección, la arena se proyecta o lanza con gran fuerza contra el modelo y la caja al contacto con los cuales frena bruscamente y se comprime. Generalmente, la turbina impulsora de la arena es móvil y puede desplazarse sobre la superficie de apisonar. Esta manera de apisonado es la más constante y homogénea pero su instalación es costosa.

Las máquinas neumáticas son accionadas por aire a presión de 6 a 7 kg/cm2 con movimientos de presión, sacudidas o vibración. La figura 43 muestra una prensa de moldear por sacudidas.

Aquiii finish

3. Materiales y equipos a utilizar:

Durante la ejecución de los diversos trabajos que el obrero moldeador o fundidor realiza en la fábrica, sean artesanales o con algún desarrollo, es necesario utilizar distintos tipos de herramientas manuales para formar los moldes.

Tipos de herramientas:

 Palas

 Picos y horquillas

 Reglas

 Agujas de ventilar

 Paletas de alisar

 Alisadores

 Espátulas

 Puntas o extractores de moldeo

 Martillos y macetas

 Mordaza o presillas

Bajo el nombre de equipos de moldeo se designan a todos los tipos de herramientas y medios que dispone el taller de moldeo, fundición o fábrica para realizar diferentes trabajos.

 Pisones o atacadores

 Pisones neumáticos.

4. Detalles de la parte experimental

Diseño del Modelo:

En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias tolerancias.

A. Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las medidas finales que se esperan obtener.

B. Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la holgura por extracción.

C. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajo de acabado o terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material.

D. Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento también es irregular y por ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en consideración en el diseño de los modelos.

E. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser tomadas en consideración en la fabricación de los modelos.

Manufactura de una pieza metálica por fundición en arena:

1. Fabricación del Modelo:

En el diseño del modelo, se fabrican al macho y la hembra que irán dispuestos en los moldes de arena para conformar la cavidad interior del molde. El diseño del modelo debe ser ligeramente más grande que la pieza, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez se haya extraído del molde. Las superficies del modelo deberán respetar unos 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. Este ángulo se denomina ángulo de salida.

2. Compactación:

Se procede a introducir el modelo dentro de la arena para compactarlo como se ve en las imágenes posteriores. Ya introducido el modelo dentro de la arena se procede a retirarlos para continuar con el siguiente paso.

3. Colocación del macho:

Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Los machos 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. Se desprenden los modelos generando el molde en donde se fabricará la pieza y en donde se insertará el macho.

4. Conformación del Macho:

Ya teniendo listo el macho, sacándolo de sus respectivas cajas que lo conformaron, se procede a colocarlo dentro del molde, primero en uno de ellos moldear su forma para que pueda encajar con el otro molde y en este último colocarlo y dejarlo ahí definitivamente hasta que se haga la colada.

5. Colocación bebederos y rebosaderos:

El bebedero se pone en una zona que dé lugar a la parte más inferior para que se junte el material fundido y se vaya produciendo el llenado. Los rebosaderos, se ponen en el extremo más alto, y en la zona donde se produce la curvatura, para evitar la acumulación de aire. Luego se quitan para dejar el conducto para que pase el material fundido. En las siguientes imágenes se muestra a modo de corte como quedarían ubicados estos al interior de la arena.

6. Colada:

En este paso se procede a verter el material fundido dentro del molde, y luego de haberlo vertido, dejar que enfrié para que solidifique.

7. Desmoldeo:

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

Esquema del proceso 

Cuestionario

1. Hacer un DOP y explicar las operaciones

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