INFORME N 6FUNDICIN DE ALUMINIO
PRESENTADO A:PROFESOR. JESUS MANUEL MENDOZA
GRUPO: A3
SUBGRUPO: 3
ERIKA ARIZA FLREZ 2090707
MARIA ANGLICA CASTILLO CASTAEDA 2092314
DANEL CORREDOR DIAZ 2060056
SARA DANIELA DIAZ FIGUEREDO 2082313
BRENDA ESTEPHANIE FORERO ORTEGA 2100410
ESCUELA DE INGENIERA QUMICA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
SANTANDERBUCARAMANGA, AGOSTO 2014
INTRODUCCIN El proceso de fundicin, permite dar forma a
diferentes objetos que se han convertido en pieza fundamental en la
vida del ser humano, obtenindose productos y piezas que
complementen maquinarias, productos funcionales en la cotidianidad
o incluso objetos que embellecen ambientes.
Se denomina fundicin (tambin esmelter) al proceso de fabricacin
de piezas, comnmente metlicas pero tambin de plstico La fundicin es
el procedimiento ms antiguo para dar forma a los metales.
Fundamentalmente radica en fundir y colar metal lquido en un molde
de la forma y tamao deseado para que all solidifique. Generalmente
este molde se hace en arena, consolidado por un apisonado manual o
mecnico alrededor de un modelo, el cual se extrae antes de recibir
el metal fundido. No hay limitaciones en el tamao de las piezas que
puedan colarse, variando desde pequeas piezas de prtesis dental,
con peso en gramos, hasta los grandes bastidores de mquinas de
varias toneladas. Este mtodo, es el ms adaptable para dar forma a
los metales y muchas piezas que son imposibles de fabricar por
otros procesos convencionales como la forja, laminacin, soldadura,
etc.
El aluminio es estable al aire y resistente a la corrosin por el
agua de mar, a muchas soluciones acuosas y otros agentes qumicos,
este metal posee una combinacin de propiedades que lo hacen muy til
en ingeniera mecnica, tales como su baja densidad y buena
conductibilidad elctrica; se mecaniza con facilidad y es
relativamente barato. Por todo ello es el metal que ms se utiliza
despus del acero.
OBJETIVOS
Objetivo General Identificar, conocer y aprender a realizar el
proceso de fundicin del aluminio en arena.Objetivos Especficos
Determinar las etapas del proceso de fundicin y las caractersticas
ptimas para obtener una buena pieza de aluminio. Reconocer las
herramientas y utensilios a usar en el procedimiento de fundicin de
aluminio. Obtener piezas de aluminio reciclado a partir de un
moldeo en arena.MARCO TEORICO
Aluminio
Elaluminioes unelemento qumico, de smboloAlynmero atmico13. Se
trata de unmetalno ferromagntico. Es el tercer elemento ms comn
encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio
forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes
en la mayora de las rocas, de la vegetacin y de los animales.En
estado natural se encuentra en
muchossilicatos(feldespatos,plagioclasasy micas). Como metal se
extrae nicamente del mineral conocido con el nombre debauxita, por
transformacin primero enalminamediante el procesoy a continuacin en
aluminio metlico medianteelectrlisis. Este metal posee una
combinacin de propiedades que lo hacen muy til eningeniera de
materiales, tales como su bajadensidad(2.700kg/m3) y su alta
resistencia a lacorrosin. Mediantealeacionesadecuadas se puede
aumentar sensiblemente suresistencia mecnica(hasta los 690MPa). Es
buen conductor de laelectricidady delcalor, se mecaniza con
facilidad y es muy barato. Por todo ello es desde mediados delsiglo
XXel metal que ms se utiliza despus delacero.
La utilizacin industrial del aluminio ha hecho de este metal uno
de los ms importantes, tanto en cantidad como en variedad de usos,
siendo hoy un material polivalente que se aplica en mbitos
econmicos muy diversos y que resulta estratgico en situaciones de
conflicto. Hoy en da, tan slo superado por el hierro/acero. El
aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en
compuestos no metlicos. En estado puro se aprovechan sus
propiedades pticas para fabricar espejos domsticos e industriales,
como pueden ser los de lostelescopios reflectores. Su uso ms
popular, sin embargo, es comopapel aluminio, que consiste en lminas
de material con un espesor tan pequeo que resulta fcilmente
maleable y apto por tanto para embalaje alimentario. Tambin se usa
en la fabricacin de latas ytetrabriks.
Fundicin
Proceso de produccin de piezas metlicas a travs del vertido de
metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena.
El principio de fundicin es simple: se funde el metal, se vaca en
un molde y se deja enfriar, existen todava muchos factores y
variables que se deben considerar para lograr una operacin exitosa
de fundicin. La fundicin es un antiguo arte que todava se emplea en
la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros
mtodos como el fundido a presin (mtodo para producir piezas
fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta
a presin en un molde o troquel de acero), la forja (proceso de
deformacin en el cual se comprime el material de trabajo entre dos
dados usando impacto o presin para formar la parte), la extrusin
(es un proceso de formado por compresin en el cual el metal de
trabajo es forzado a fluir a travs de la abertura de un dado para
darle forma a su seccin transversal), el mecanizado y el laminado
(es un proceso de deformacin en el cual el espesor del material de
trabajo se reduce mediante fuerzas de compresin ejercidas por dos
rodillos opuestos).
Procesos de Fundicin
La realizacin de este proceso empieza lgicamente con el molde.
La cavidad de este debe disearse de forma y tamao ligeramente
sobredimensionado, esto permitir la contraccin del metal durante la
solidificacin y enfriamiento. Cada metal sufre diferente porcentaje
de contraccin, por lo tanto si la presin dimensional es crtica la
cavidad debe disearse para el metal particular que se va a fundir.
Los moldes se hacen de varios materiales que incluyen arena, yeso,
cermica y metal. Los procesos de fundicin se clasifican de acuerdo
a los diferentes tipos de moldes.
Proceso:Se calienta primero el metal a una temperatura lo
suficientemente alta para transformarlo completamente al estado
lquido, despus se vierte directamente en la cavidad del molde. En
un molde abierto el metal lquido se vaca simplemente hasta llenar
la cavidad abierta. En un molde cerrado existe una va de paso
llamada sistema de vaciado que permite el flujo del metal fundido
desde afuera del molde hasta la cavidad, este es el ms importante
en operaciones de fundicin.
Cuando el material fundido en el molde empieza a enfriarse hasta
la temperatura suficiente para el punto de congelacin de un metal
puro, empieza la solidificacin que involucra un cambio de fase del
metal. Se requiere tiempo para completar este cambio de fase porque
es necesario disipar una considerable cantidad de calor. El metal
adopta la forma de cavidad del molde y se establecen muchas de las
propiedades y caractersticas de la fundicin. Al enfriarse la
fundicin se remueve del molde; para ello pueden necesitarse
procesamientos posteriores dependiendo del mtodo de fundicin y del
metal que se usa. Entre ellos tenemos:
El desbaste del metal excedente de la fundicin. La limpieza de
la superficie. Tratamiento trmico para mejorar sus propiedades.
Pueden requerir maquinado para lograr tolerancias estrechas en
ciertas partes de la pieza y para remover la superficie fundida y
la microestructura metalrgica asociada.
Clasificacin del Proceso de Fundicin:
Modelos removibles:El molde para este disco se hace una caja de
moldeo que consta de dos partes. A la parte superior se le llama
tapa, y a la parte inferior base. Las partes de la caja se
mantienen en una posicin definida, una con respecto a la otra por
medio de unos pernos colocados en dos lados opuestos de la base que
encajan en agujeros de unos ngulos sujetos a los lados de las
tapas.
El primer paso en la hechura de un molde es el de colocar el
modelo en el tablero de moldear, que coincide con la caja de
moldeo. Enseguida se coloca la tapa sobre el tablero con los pernos
dirigidos hacia abajo. Luego se criba sobre el modelo para que lo
vaya cubriendo; la arena deber compactarse con los dedos en torno
al modelo, terminando de llenar completamente la tapa. Para moldes
pequeos, la arena se compacta firmemente con apisonadores manuales.
El apisonado mecnico se usa para moldes muy grandes y para moldeo
de gran produccin. El grado de apisonado necesario solo se
determina por la experiencia. Si el molde no ha sido lo
suficientemente apisonado, no se mantendr en su posicin al moverlo
o cuando el metal fundido choque con l. Por otra parte, si el
apisonado es muy duro no permitir que escape el vapor y el gas
cuando penetre el metal fundido al molde.
Despus que se ha terminado de apisonar, se quita el exceso de
arena arrasndola con una barra recta llamada rasera. Para asegurar
el escape de gases cuando se vierta el metal, se hacen pequeos
agujeros a travs de la arena, que llegan hasta unos cuantos
milmetros antes del modelo.Se voltea la mitad inferior del molde,
de tal manera que la tapa se puede colocar en su posicin y se
termina el moldeo. Antes de voltearlo se esparce un poco de arena
sobre el molde y se coloca en la parte superior un tablero inferior
de moldeo. Este tablero deber moverse hacia atrs y hacia delante
varias veces para asegurar un apoyo uniforme sobre el molde.
Entonces la caja inferior se voltea y se retira la tabla de moldeo
quedando expuesto el moldeo. La superficie de la arena es alisada
con una cuchara de moldeador y se cubre con una capa fina seca de
arena de separacin. La arena de separacin es una arena de slice de
granos finos y sin consistencia. Con ella se evita que se pegue la
arena de la tapa sobre la arena de la base. Enseguida se coloca la
tapa sobre la base, los pernos mantienen la posicin correcta en
ambos lados. Para proporcionar un conducto por donde entra el metal
al molde, se coloca un mango aguzado conocido como clavija de
colada y es colocada aproximadamente a 25 mm de un lado del modelo,
las operaciones de llenado, apisonado y agujerado para escape de
gases, se llevan a cabo en la misma forma que la base. Con esto, el
molde ha quedado completo excepto que falta quitar el modelo y la
clavija de colada. Primero se extrae esta, abocardndose el conducto
por la parte superior, de manera que se tenga una gran apertura por
donde verter el metal. La mitad de la caja correspondiente a la
mitad superior es levantada a continuacin y se coloca a un lado.
Antes de que sea extrado el modelo, se humedece con un pincel la
arena alrededor de los bordes del modelo, de modo que la orilla del
molde se mantenga firme al extraerlo. Para aflojar el modelo, se
encaja en el una alcayata y se golpea ligeramente en todas
direcciones. Enseguida se puede extraer el modelo levantndolo de la
alcayata. Antes de cerrar el molde, debe cortarse un pequeo
conducto conocido como alimentador, entre la cada del molde hecho
por el modelo y la abertura de la colada. Este conducto se estrecha
en el molde de tal forma que despus que el metal ha sido vertido el
mismo en el alimentador se puede romper muy cerca de la pieza. Para
prever la contraccin del metal, algunas veces se hace un agujero en
la tapa, el cual provee un suministro de metal caliente a medida
que la pieza fundida se va enfriando, esta aventura es llamada
rebosadero. La superficie del molde se debe rociar, juntar o
espolvorear con un material preparado para recubrimiento, dichos
recubrimientos contienen por lo general polvo de slice y grafito.
La capa de recubrimiento del molde mejora el acabado de la
superficie de colado y reduce los posibles defectos en las
superficies. Antes que el metal sea vaciado en el molde, deber
colocarse un peso sobre la tapa para evitar que el metal lquido
salga fuera del molde en la lnea de particin.
Modelos desechables:En la fabricacin de moldes con modelos
desechables, el modelo, que es usualmente de una pieza, es colocado
en el tablero y la base de la caja se moldea en la forma
convencional. Se agregan unos agujeros para ventilacin y la base se
voltea completamente para el moldeo de la tapa. Casi siempre la
arena en verde es el material comn ms usado, aunque pueden usarse
arenas especiales para otros propsitos, como arena de cara que se
utiliza de inmediato alrededor del modelo. La arena en la lnea de
particin no se aplica en la tapa de la caja y la base no puede ser
separada hasta que la fundicin es removida. En cambio, la tapa es
llenada con arena y se apisona. En cualquiera de los casos la
colada es cortada en el sistema de alimentacin o ambas, como
usualmente sucede, esta es una parte del modelo desechable. Se
hacen los agujeros para ventilacin y se coloca algo de peso para
oprimir la tapa. Los modelos de poliestireno, incluyen la
alimentacin y el sistema de colado como se muestra en la figura. La
colada es vaciada rpidamente en la pieza moldeada; el poliestireno
se vaporiza; y el metal llena el resto de la cabida. Despus de
enfriado la fundicin es eliminada del molde y limpiada. El metal es
vaciado lo suficientemente rpido para prevenir la combustin del
poliestireno, con el resultado de residuos carbonosos. En cambio,
los gases, debido a la vaporizacin del material, son manejados
hacia fuera a travs de la arena permeable y los agujeros de
ventilacin. Un recubrimiento refractario se aplica comnmente al
modelo para asegurar un mejor acabado superficial para la fundicin
y le agrega resistencia al modelo. Es obligatorio a veces que los
pesos para oprimir los moldes sean parejos en todos los lados para
combatir la alta presin relativa en el interior del molde.Las
ventajas de este proceso incluyen los siguientes aspectos:
Para una pieza no moldeada en mquina, el proceso requiere menos
tiempo. No requieren que hagan tolerancias especiales para ayudar a
extraer el modelo de la arena y se requiere menor cantidad de
metal. El acabado es uniforme y razonablemente liso. No se requiere
de modelos complejos de madera con partes sueltas. No se requiere
caja de corazn y corazones. El modelo se simplifica
grandemente.
Tipos de Fundiciones
Fundicin a la arena:
Existen dos mtodos diferentes por los cuales la fundicin a la
arena se puede producir. Se clasifica en funcin de tipo de modelo
usado, ellos son: modelo removible y modelo desechables.
En el mtodo empleando modelo removible, la arena comprimida
alrededor del modelo el cual se extrae ms tarde de la arena. La
cavidad producida se alimenta con metal fundido para crear la
fundicin. Los modelos desechables son hechos de poliestireno y en
vez de extraer el modelo de la arena, se vaporiza cuando el metal
fundido es vaciado en el molde. Para entender el proceso de
fundicin, es necesario conocer como se hace un molde y que factores
son importantes para producir una buena fundicin.
Fundicin por Inyeccin:
La fundicin en esta forma y tratndose de gran cantidad de
piezas, exige naturalmente un nmero considerable de moldes. Es
evidente que el costo de cada pieza aumenta con el precio del
molde. En las tcnicas modernas para la fundicin de pequeas piezas,
se aplican maquinas con moldes de metal, que duran mucho tiempo,
pudiendo fundirse en ellos millares de piezas, el metal se inyecta
en el molde a presin, por cuya razn este sistema se denomina por
inyeccin. El peso de las piezas que se pueden fundir por inyeccin
en moldes mecnicos, vara entre 0.5 gramos hasta 8 kilos. Por lo
general se funden por inyeccin piezas de Zinc, Estao, Aluminio, y
Plomo con sus respectivas aleaciones. La parte ms delicada de la
mquina para fundir por inyeccin es el molde. Este molde tiene que
ser hecho con mucho cuidado y exactitud, tomando en cuenta los
coeficientes de contraccin y las tolerancias para la construccin de
las piezas, de acuerdo con el metal y la temperatura con la que se
inyecta. La cantidad de piezas que pueden fundir en un molde y con
una sola maquina es muy grande, adems, en una hora pueden
fabricarse de 200 a 2000 piezas segn su tamao y forma, por lo
tanto, repartiendo el costo del molde, de la mquina, as como tambin
los gastos de mano de obra para la manutencin del equipo y teniendo
en cuenta la gran produccin, a de verse que las piezas fundidas en
serie por inyeccin resultan de bajo costos.
Fundicin en Coquillas:
Si se hecha un metal fluido en un molde permanente, fabricado de
hierro o acero, se efecta la fundicin en coquillas. Este mtodo
tiene una ventaja importante en comparacin con la fundicin en
arena; se puede fundir con la pieza misma, roscas exteriores
mayores, agujeros, etc. Las piezas coladas en coquillas tienen una
superficie pareja y limpia por lo que, generalmente, no es
necesario un trabajo posterior de acabado. La exactitud de la
medida es mucho ms grande que la fundicin de arena; pero mucho
menor que cuando se funde por inyeccin. Se puede observar que la
estructura de la pieza fundida en coquillas es densa de grano muy
fino, por lo que las propiedades mecnicas en estas son mejores que
las de piezas iguales coladas en molde de arena. Por esta razn es
posible disminuir el peso de piezas fundidas en coquillas, con el
consiguiente ahorro de material.
Fundicin Centrfuga:
La fundicin centrifuga es el proceso de hacer girar el molde
mientras se solidifica el metal, utilizando as la fuerza centrfuga
para acomodar el metal en el molde. Se obtienen mayores detalles
sobre la superficie de la pieza y la estructura densa del metal
adquiere propiedades fsicas superiores. Las piezas de forma
simtricas se prestan particularmente para este mtodo, aun cuando se
pueden producir otros muchos tipos de piezas fundidas.
APLICACIONES
El aluminio es no ferro-magntico, una propiedad de importancia
en la industria elctrica y electrnica; es no toxico, razn por la
cual tiene usos comunes en su acabado natural, el cual puede ser
suave y lustroso o resplandeciente y brillante; y puede ser
virtualmente de cualquier color y textura, lo que abre campo en
aplicaciones artesanales. De cualquier modo, el aluminio puro y sus
aleaciones tienen aplicaciones para requerimiento de esfuerzos
extremadamente bajos o altos.
El 60% del aluminio usado en la industria automotriz corresponde
a elementos logrado por fundicin, ya sea en partes de motores,
elementos de carrocera o llantas.
Debido a la eficacia de la fundicin del aluminio y a la baja
inversin necesaria para realizarlo, existe una numerosa cantidad de
productos logrados mediante este sistema, entre ellos encontramos
elementos de adorno, armazn de motores elctricos, partes de
maquinarias complejas, ornamentos, aplicaciones y herrajes para
muebles, partes de electrodomsticos, llaveros, medallas, elementos
de escritorio.
Materiales
23234 Laboratorio de Procesos 2014-I
Moldes de las piezas Caja de Madera (liviana y gruesa) para
realizar el molde Arena fina (de contacto) y arena gruesa (de
relleno) Aluminio Esptula Aguja Pisn Manual Brocha Tamiz
Polvo separador (Grafito en polvo) Horno de Crisol Plastilina
Segueta
PROCEDIMIENTO
Plantilla de las piezas usadas para la fundicion del
aluminio
Figura El metodo aplicado para la fundicin que se uso en la
practica, es la fundicin en caja de arena, debido a que casi
cualquier metal se puede colocar en esta, sin afectar el tamao,
peso o forma, adems que es de bajo costo.
El desarrollo de la practica se divide en dos etapas
I. MOLDEO
1. Se toma una caja molde de madera hecha de dos piezas, una
superior y otra inferior en las cuales se compactara la arena de
moldeo.
2.Realizar un canal de fundicin, con objetivo de facilitar el
desmonte de las piezas fundidas y de esta manera obtener mejores
acabados.
3. Tamizar y compactar la arena fina (arena de contacto) sobre
las piezas molde, y luego rellenar con arena gruesa (arena de
relleno) el volumen restante de la caja.
4.Compactar la arena del molde con un apisonador manual
cuidadosamente ejerciendo presion, y luego perfeccionar la
superficie de la arena de molde con una espatula.
5.Aplicar grafito en polvo sobre la cara que contiene las piezas
molde.
6.Se coloca un tubo en el medio, para que cumpla la funcin de
conducto para el aluminio fundido; posteriormente se realizan
orificios que atrviecen la pieza para mejorar la pemeabilidad de la
arena facilitando la salida del vapor.
7.Se realizan 2 cortes en el molde de forma que sirvan de canal
de dsitribucion uniforme del metal fundido, posteriormente extraer
las piezas molde con plastilina para evitar deformaciones en el
molde, finalmente verificar que la superficie de moldeo no tenga
arena o ningn contaminante que afecte la forma del molde.
8.Para finalizar la primera etapa, se realiza un embudo en la
caja de madera superior para facilitar la entrda del metal
fundido.
BIBLIOGRAFIA Castro-Pareja P., Aluminio., Corpoica, Colombia,
2009. Treybal R.E, Operaciones de Transferencia de Masa.
McGraw-Hill, Mxico, 2006. Bruno O. Dalla Costa, Mara L. Pisarello,
Carlos A. Querini., Procesos de Fundicin de Aluminio., Argentina,
2007. ARCINIEGAS, Manuel. Plan Estratgico de NEgocios para la
creacin de una Planta de Fundicin de Aluminio. Facultad de
Ingeniera Mecnica. UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE PERERIRA. 2007