DISEÑO DE MOLDES Y MODELOS DE FUNDICIÓN

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U.T.1.- INTRODUCCIÓN AL MOLDEO

Índice

1. LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN MECÁNICA 1

1.1. Fundición y Moldeo 2

1.2. Estampación 3

1.3. Forja 3

1.4. Mecanización 4

1.5. Corte y Unión por Soldadura 4

1.6. Fabricación por Combinación de Varios Procesos 5

2. EL PROCESO DE FUNDICIÓN 6

2.1. Metales y Aleaciones para Fundición Metálica 7

2.2. Clasificación de los Procesos de Fundición de Metales 7

3. EL MOLDE DE FUNDICIÓN 8

3.1. Diseño y Fabricación de Moldes y Modelos 10

4. PROCESOS DE POSTMOLDEO 11

1. LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN MECÁNICA

Para la obtención industrial de piezas metálicas acabadas, a partir de material en bruto, existen diversos procesos de fabricación mecánica. En esta materia se va a estudiar detalladamente el proceso de fabricación por fundición, por lo tanto conviene conocer qué otro procesos existen como alternativa a ese, sus características generales, ventajas e inconvenientes

Los procesos más comunes son los siguientes:

* Fundición

* Estampación

* Forja

* Mecanización

* Corte y unión por soldadura

En todos los procesos el material de partida es una aleación metálica en forma de lingote, barra o chapa. Mediante la aplicación de los procesos de fabricación mecánica, se modifica la forma inicial de la pieza en bruto hasta alcanzar la definitiva.

En algunos casos debido a las condiciones de calentamiento/enfriamiento o a los impactos mecánicos recibidos, se alteran significativamente las propiedades fisicoquímicas del material durante la aplicación del proceso y las piezas acabadas no tienen las propiedades mecánicas exigibles para su puesta en servicio: dureza, tenacidad, plasticidad, etc. Cuando esto ocurre han de ser sometidas a tratamientos térmicos o termoquímicos que transformen sus propiedades hasta alcanzar los valores necesarios.

* Elección del proceso de fabricación adecuado

En principio todas las piezas metálicas podrían ser conformadas utilizando cualquiera de los procedimientos de fabricación citados, pero obviamente cada proceso tiene unas ventajas y unos inconvenientes que lo harán más apropiado para producir determinado tipo de piezas y viceversa.

Los principales factores a valorar en la selección del proceso de fabricación pueden ser estos tres:

* Morfología de la pieza y condición superficial.

* Número de piezas de la serie.

* Exigencia mecánica.

En los apartados siguientes se describe brevemente en qué consiste cada uno de los procesos y su adecuación según los tres factores.

Se debe tener en cuenta que las ventajas e inconveniente descritas son generales y por lo tanto se darán casos particulares en que lo expuesto entra en contradicción con la realidad y no será aplicable. En el estudio del proceso de fabricación adecuado para cada pieza se han de tener en cuenta estos y otros factores para finalmente tomar una decisión que siempre será más o menos subjetiva.

1.1. Fundición y Moldeo

Fundición. Consiste en colar el metal líquido en el interior de un molde y dejarlo enfriar hasta que solidifique con la forma deseada.

Morfología de la pieza y condición superficial. Permite obtener formas de la máxima complejidad exterior e interior si la pieza es hueca. La calidad superficial obtenida después del desmoldeo es excesivamente rugosa para las superficies funcionales por lo que será necesario un postmecanizado de esas zonas.

Número de piezas de la serie. Adecuado para grandes series de piezas debido a la necesidad de tener que diseñar y construir un molde específico para la pieza. Cuando se trata de piezas de gran volumen (tamaños en los que no se dispone de barras o chapas en bruto de tamaño suficiente) puede ser rentable en la fabricación de pieza unitaria.

Exigencia mecánica. Se obtienen piezas de gran homogeneidad estructural pero su tenacidad no es máxima en comparación a otros procesos.

1.2. Estampación

Estampación. Se realiza partiendo de chapa fina cortada o en bobina. Consiste en deformar la chapa (doblarla o embutirla) y/o cortarla con un troquel (estampa) montado en una prensa.

Morfología de la pieza y condición superficial. Permite obtener formas de máxima complejidad pero siempre que sean de paredes de poco grosor dado que el material en bruto es chapa fina. La superficie de las piezas estampadas tiene poca rugosidad dado que es la misma que la chapa de partida.

Número de piezas de la serie. Es un procedimiento completamente automatizado en muchos casos. Adecuado solamente a grandes series de piezas debido a la necesidad de fabricar varios troqueles para producir un único modelo de pieza.

Exigencia mecánica. Las características mecánicas de las piezas estampadas son elevadas porque el proceso permite conformar piezas de gran rigidez estructural mediante dobles y abombamientos de la chapa plana inicial.

1.3. Forja

Forja. Consiste en golpear un lingote frío o caliente contra unas sufrideras (se suele realizar por fases) hasta darle la forma final.

Morfología de la pieza y condición superficial. Permite obtener formas de alta complejidad exterior pero no interior en el caso de ser huecas.

Número de piezas de la serie. Adecuado para grandes series dado que se tienen que fabricar varios troqueles específicos para un solo modelo de pieza.

Exigencia mecánica. Se obtienen piezas de la máxima tenacidad. El proceso de forja es especialmente recomendado cuando la resistencia a esfuerzos es el principal factor a tener en cuenta en la prestación de la pieza en servicio.

1.4. Mecanización

Mecanización. El proceso consiste en la transformación de la pieza en bruto por medio de arranque de viruta con herramientas de corte y abrasivos hasta lograr la forma final.

Morfología de la pieza y condición superficial. Con tecnología convencional se obtienen solo formas de revolución y planas, pero mediante el uso de máquinas de CNC con tecnología CAD-CAM y en combinación con la electroerosión cualquier forma final es posible. El acabado superficial es máximo. Otro hecho a tener en cuenta es que en muchas ocasiones una pieza mecanizada ha de pasar varios procesos en distintas máquinas (torneado, fresa, rectificado…) hasta alcanzar la forma final.

Número de piezas de la serie. Una gran ventaja de la fabricación por medio de procesos de mecanizado que el tiempo que pasa desde que se diseña la pieza hasta que se obtiene fabricada es el más corto posible. En este tipo de procesos un gran inconveniente es el material desperdiciado por arranque y el desgaste de herramientas de corte. Por ello es adecuado para fabricar series medianas y cortas así como piezas unitarias.

Exigencia mecánica. La mecanización no afecta especialmente a la resistencia del material en bruto. Cuando el proceso re aplica a producto laminado, se debe tener en cuenta que el proceso de mecanizado se realice dejando la dirección de las fibras en el sentido más favorable para resistir los esfuerzos. También que se vigile la creación de rincones o vértices afilados para evitar los efectos de entalla en esas zonas.

1.5. Corte y Unión por Soldadura

Corte y unión por soldadura. El proceso productivo para fabricar las piezas consiste en preparar otras piezas más sencillas mediante corte y plegado de chapas y perfiles laminados (formas simples) para unirlas rígidamente por medio de cordones de soldadura, de forma que el conjunto creado posea la forma compleja deseada con la rigidez de una pieza homogénea.

Para el corte de los perfiles y chapas se utilizan diversas técnicas. Corte en frío: sierras y cizallas guillotina. Corte térmico: oxicorte, corte por plasma, corte por láser y corte por chorro de agua. El corte térmico suele estar instalado en una máquina de CNC que permite la realización automática de trayectorias de corte complejas a partir del diseño en CAD.

Morfología de la pieza y condición superficial. Permite obtener formas de la máxima complejidad.

Número de piezas de la serie. Cuando el proceso no se puede automatizar es adecuado para producción de series medianas, cortas y pieza unitaria. El uso de mano de obra es más intensivo que el moldeo, la forja o la estampación. Por el contrario la fabricación de piezas por soldeo únicamente requiere como equipo de apoyo utillajes (sistemas de amarre de piezas) en algunos casos, siempre más sencillos que los troqueles y los moldes y por tanto mucho menos costosos de construir. También puede ser rentable para producción de grandes series implementando máquinas de soldeo automáticas o robots de soldadura.

Exigencia mecánica. Las piezas obtenidas por este procedimiento tienen buenas características mecánicas de elasticidad y tenacidad porque están fabricadas a partir de productos laminados.

1.6. Fabricación por Combinación de Varios Procesos

En muchos casos mediante un solo proceso de conformación no es posible alcanzar la forma final de la pieza en fabricación, por ello se tienen que combinar dos o más procesos sucesivos en la elaboración de una pieza. Así se suelen dar como más frecuentes las siguientes combinaciones:

1. (Fundición / forja / estampación/ soldadura) + mecanización

Por norma general las piezas obtenidas por fundición, forja o soldadura

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