Resumen tecnología de los materiales

TECNOLOGIA DE MATERIALES

PRÁCTICA Y EQUIPO DE FUNDICIÓN

Elaboración de piezas fundidas

El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición. Este proceso se ha practicado desde el año 2000 ac. Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que se endurezca al enfriarse.

Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:

• Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas

• Diseño del molde

• Preparación de los materiales para los modelos y los moldes

• Fabricación de los modelos y los moldes

• Moldeo

• Terminado de las piezas fundidas

• Recuperación de los materiales de los moldes

El proceso más 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 moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde a tiempo que se vierte el metal fundido.

La fundición en arena consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero, bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.

• MODELOS

La fundición en arena requiere un modelo a tamaño natural de madera, plástico y metales que define la forma externa de la pieza que se pretende reproducir y que formará la cavidad interna en el molde.

En lo que atañe a los materiales empleados para la construcción del modelo, se puede emplear desde madera o plásticos como el uretano y el poliestireno expandido (EPS) hasta metales como el aluminio o el hierro fundido.

A tener en cuenta en la fabricación del modelo

• Debe ser ligeramente más grande que la pieza final, ya que se debe tener en cuenta la contracción de la misma una vez 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 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 (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 2°.

• Incluir todos los canales de alimentación 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.

Procesos para moldeo

• Arena verde

• De arena seca

• Con CO2

• Moldeo en el piso o en foso

• Moldeo de cascarón

• Moldes de yeso

• Proceso de cera perdida.

Tipos de moldes de arena

• Moldes de arena verde: Mezcla de arena y bentonita (un derivado de la arcilla) 30 - 35 % con una cantidad moderada de agua.

• Moldes de arena fría o no horneados: Usan aglutinantes orgánicos e inorgánicos para fortalecer el molde. No son cocidos en hornos y tienen como ventaja que son más precisos dimensionalmente pero también más caros que los moldes de arena verde.

Arena para moldeo

Consta de granos de sílice unidos entre si con algún material aglutinante, por lo general arcilla o bentonita. Pueden ser de aglutinación natural o sintética.

Las propiedades deseadas son: Permeabilidad (para el aire), resistencia a la compresión al corte y a la deformación en frio y en caliente a la compresión y resistencia mecánica.

La precisión de la pieza fundida está limitada por el tipo de arena y el proceso de moldeo utilizado. La fundición hecha con arena verde gruesa proporcionará una textura áspera en la superficie de la pieza. Sin embargo, el moldeo con arena seca produce piezas con superficies mucho más lisas.

Para un mejor acabado de la superficie de las piezas, estas pueden ser pulidas o recubiertas con un residuo de óxidos, silicatos y otros compuestos que posteriormente se eliminarían mediante distintos procesos, entre ellos el granallado.

Arena verde

Es el método más común. Es arena aglutinada con arcilla o bentonita y atemperada con agua. Se puede utilizar diversos aditivos para darle propiedades especiales. Es adaptable para una alta producción de piezas pequeñas o medianas, porque se puede hacer la colada inmediatamente después de formar el molde y la arena usada se puede recuperar y volver a tratar después que se ha solidificado la pieza.

Arena seca

Se hacen con arena verde pero se hornean antes de usarlos. Por lo general a la superficie se le aplica un baño refractario antes de hornear, para evitar la erosión y producir un mejor acabado de la superficie. También se puede dejar que se seque al aire, o con un soplete, lámparas infrarrojas o con calefactores dirigidos a la superficie de la cavidad del molde.

[pic 1]Con CO2

Parecido al proceso con arena verde, pero se emplea arena aglutinada con silicato de sodio. Cuando el molde está terminado se hace pasar CO2 para producir un molde muy duro.

El silicato de sodio reacciona con el CO2 para formar un gel de sílice y carbonato de sodio.

Piso o en foso

Cuando se deben producir piezas grandes, se pueden hacer directamente sobre el piso de la fundición o formarse en fosos que sirven como cajas de moldeo. También se puede utilizar arcilla sobre la superficie de una obra de ladrillo y se le dan las dimensiones con modelos, brazos o plantillas.

De cascarón (Proceso C)

Se utiliza cuando se requieren piezas con tolerancias dimensionales precisas y acabado terso, utilizando una resina sintética como aglutinante. La mezcla de resina y arena se vierte sobre un modelo metálico precalentado lo cual hace que la resina de la mezcla fragüe formando un cascaron delgado sobre el modelo. Cuando el cascaron llega a tener el espesor adecuado, se hace girar el modelo para quitar la arena sobrante.

Luego el cascarón se cura sobre el modelo y posteriormente se desprende. Las mitades correlativas del cascarón se unen con cemento o algún material similar y se efectúa la colada.

[pic 2]

Moldes de yeso

Se utilizan para ciertas aleaciones de Aluminio o a base de cobre. Genera piezas con exactitud dimensional y excelente acabado superficial. Se utiliza para llantas, placas de guía, etc.

De cera perdida

También conocida como de revestimiento o de fundición de precisión, permite obtener piezas fundidas precisas de acero con alto contenido de aleación y de aleaciones no ferrosas, que son imposibles de forjar y difíciles de maquinar.

El procedimiento consiste en hacer una matriz metálica precisa dentro de la cual se funden modelos de cera de plástico. A los modelos se le aplica por pulverización, con brocha o por inmersión un pasta aguada de un agregado altamente refractario de grano fino y agente aglutinante.

Se deja que fragüe y luego se aplica una serie de capas de pasta aguada de grano más grueso sobre el modelo hasta que se forma un cascaron del agregado alrededor de él, luego se calientan en una estufa y la cera se derrite y escurre.[pic 3]

Equipo y mecanización del moldeo

Las cajas de moldeo se pueden llenar con arena a mano, con una pala, por alimentación por gravedad desde tolvas elevadas, con bandas transportadoras, y grúas.

El apisonamiento a mano es el método más sencillo para compactar la arena, también se emplean pistones neumáticos, la arena debe ser apisonada por capas.

Etapas del moldeo

1. Compactación de la arena alrededor del modelo en la caja de moldeo. Para ello primeramente se coloca cada semimodelo en una tabla, dando lugar a las llamadas tablas modelo, que garantizan que posteriormente ambas partes del molde encajarán perfectamente. Actualmente se realiza el llamado moldeo mecánico, consistente en la compactación de la arena por medios automáticos, generalmente mediante pistones (uno o varios) hidráulica o neumática.

2. Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones 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.

3. Colada. Vertido del material fundido. La entrada del metal fundido hacia la cavidad del molde se realiza a través de la copa o bebedero de colada y varios canales de alimentación. Estos serán eliminados una vez que solidifique la pieza. Los gases y vapores generados durante el proceso son eliminados a través de la arena permeable.

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