UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniera
Mecnica2010
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA- Facultad de Ingeniera
Mecnica2014
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
INFORME DE LABORATORION3Curso: Procesos de Manufactura
Cdigo del curso: MC 216.
Seccin: BProfesor: Salazar Bobadilla AlejandroINTEGRANTES:
Zorrilla Gomez Luis AngelCruz Saravia Jamez Juniors
2014 IILABORATORIO DE ANLISIS DE MOLDEO Y COLADAOBJETIVOSEl
presente laboratorio tiene como objetivos: El presente laboratorio
tiene como finalidad verificar el coeficiente de contraccin del
aluminio (obtener el real), as como verificar los clculos relativos
a la ubicacin del bebedero, mazarotas y empuje metalostatico para
que no tenga defectos la fundicin. Mostrar el proceso de un proceso
real de Moldeo y Colada Conocer y utilizar los equipos y
procedimientos para realizar una pieza mediante el moldeo y colada,
y adems identificar los defectos producidos en la pieza.
FUNDAMENTO TEORICOProductos carburados presentados o que se
pueden presentar, despus de la solidificacin, eutctica (eutctica de
cementita en las fundiciones blancas y eutctica con grafito laminar
en los grises). En ausencia de otros elementos distintos del
carbono, este corresponde a c(1,7%. Este contenido lmite vara con
los dems elementos, pero puede ser definido en funcin del anlisis
qumico como la red de eutctica de cementita (o las plaquitas de
grafito) se oponen a las deformaciones plsticas, estos productos
son pocos o nada maleables.
Es en esencia una aleacin hierro carbono que contiene
eutctica.
En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del
acero, la fusin del metal no constitua una parte integral de
proceso. El mineral se reduca qumicamente empleando carbn vegetal y
la masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una
consistencia compacta. La tcnica de la produccin de las altas
temperaturas no haba avanzado lo suficientemente en una poca para
hacer posible la fusin del hierro en una escala industrial, aun hoy
en da, algunos metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen
punto de fusin muy elevados, se producen ms convenientemente por
mtodos de metalrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la
produccin metalrgica, la fusin y vaciado constituyen los pasos
primarios de los procesos de manufactura.
La introduccin de metales tales como el titanio en la esfera de
las operaciones metalrgica, trajo consigo nuevas dificultades a
resolver. El titanio fundido reacciona no solamente con la mayor
parte de los gases, sino que tambin ataca a todos los refractarios
ortodoxos empleados en los hornos. El mtodo un tanto nuevo de
fundir el titanio, por medio de un arco elctrico en un crisol de
cobre enfriado por agua, es el que se emplea actualmente.
Requisitos principales de un metal fundido antes del vaciado
son:
Que su composicin qumica y pureza se haya mantenido durante la
fusin.
Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.
La obtencin de temperatura de vaciado correcta es sumamente
importante si se vaca el metal o la aleacin a una temperatura
demasiado baja puede no fluir adecuadamente y no llenar todas las
regiones del molde y en el mejor de los casos se puede resultar un
vaciado con numerosas rechupes. El uso de una temperatura de
vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una
fusin gaseosa y la formacin de burbujas en el vaciado
resultante.
Durante la fusin pueden ocurrir cambios en la composicin de la
carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes
es voltil a la temperatura de vaciado de la aleacin. La fuente ms
comn de impurezas durante un proceso de fusin es el combustible o
los productos de la combustin.
Segn (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de
fundiciones especiales que respondan a necesidades muy
variadas:
Fundicin grises y metlicas
Fundicin blancas especiales
Fundiciones refractarias
Fundiciones resistentes a la corrosin.
Clasificacin de los hornos usado para la fusin:
Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones
varan mucho en capacidad y diseo. Varan desde los pequeos hornos de
crisol que contienen unos cuantos kilogramos de metal a hornos de
hogar abierto hasta 200 toneladas de capacidad. El tipo de horno
usado para un proceso de fundicin queda determinado por los
siguientes factores:
Necesidades de fundir la aleacin tan rpidamente como sea posible
y elevarla a la temperatura de vaciado requerida.
La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como
precisin de su composicin.
La produccin requerida del horno.
El costo de operacin del horno.
Tipos de hornos usados en fundicin:
El cubilote de fundicin.
Los hornos de reversos.
Hornos rotatorios.
Hornos de crisol.
Hornos de crisol de tipo sosa.
Hornos basculantes.
Hornos de aire.
Hornos elctricos. Pueden ser de acero o de induccin.
Convertidores: no es fundamentalmente un horno de fusin, aun
cuando se use en la produccin de acero para manufactura de
vaciado.
Punto de fusin aprox. De los metales:
Los metales se funden a diferentes temperaturas.
La tabla siguiente muestra los puntos de fusin de los metales ms
comunes.
METALESPUNTO DE FUSION
Estao240C (450F)
Plomo 340C (650F)
Cinc420C (787F)
Aluminio620-650C (1150-1200F)
Bronce880-920C (1620-1680F)
Latn930-980C (1700-1800F)
Plata960C (1760F)
Cobre1050C (1980F)
Hierro fundido1220C (2250F)
Metal monel1340C (2450F)
Acero de alto carbono1370C (2500F)
Acero medio para carbono1430C (2600F)
Acero inoxidable1430C (2600F)
Nquel1450C (2640F)
Acero de bajo carbono1510C (2750F)
Hierro forjado1593C (2900F)
Tungsteno3396C (6170F)
Vaciados en arena
A parte de los metales metalrgicos formados por mtodos en que
interviene la metalurgia de polvos, los metales y las aleaciones se
funden primero y luego se vacan en un molde de forma
predeterminada. En algunos casos, el molde puede ser de forma
simple obtenindose lingote que subsecuentemente se forma
plsticamente por forjado, laminado o extrusin.
Pasos bsicos en un proceso de vaciado de arena:
1. Requiere primero del moldeo en arena de fundicin, alrededor
de un patrn adecuado de tal manera que este pueda retirarse,
dejando un cavidad de la forma requerida en arena. Para facilitar
este procedimiento, el molde de arena se divide en dos o ms
partes.
2. En vaciados de formas simples, puede usarse un molde de dos
partes, en el que cada mitad est contenida en un marco en forma de
caja.
Defectos en los vaciados de arena:
Los defectos pueden presentarse por fallas tcnicas que se pueden
clasificar bajo los siguientes encabezados:
Mala prctica en la fusin.
Mala prctica en el vertido.
Moldeo pobre.
Diseo incorrecto del moldeo, composicin incorrecta del
metal.
Si un vaciado tiene cargadores inadecuados los efectos de
rechupe se pueden manifestar como porosidad interna, cavidades, o
bien, en la forma de depresiones en la superficie del vaciado, como
se ha indicado antes.
Las burbujas.
Las inclusiones.
Los pliegues fros.
Roturas en calientes.
Arena y mezcla para moldeo
La arena es el material bsico que emplea el moldeador para
confeccionar sus moldes, para los diversos tipos de metales y
aleaciones que usualmente se producen en los talleres y fabricas de
produccin.
La planta centralizadora de arena ubicada en un taller o fabrica
suministra arenas ya preparadas mediante un sistema de cintas
transportadoras a las distintas secciones del moldeo, a travs de
los depsitos y tolvas de almacenaje, situados en mayor altura y que
reciben continuamente la arena usada para acondicionarla
nuevamente.
Distintos tipos de arenas para moldeo:
Arena Verde: es una arena hmeda, es decir, que se ha secado.
Arena seca: es aquella a la que se le ha eliminado toda la
humedad antes de efectuar la colada, mediante el secado de
enfurtas.
Arenas de revestimiento o de contacto: es la que se apisona
contra la cara del moldeo y una vez extrado este, formar la capa
interna del molde.
Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve
nuevamente a utilizarse despus de preparada para rellenar el molde
durante el moldeado.EQUIPOS Y MATERIALES Modelo ( seleccionado la
clase anterior)
Cajas de moldeo
Tabla de Moldeo
Herramientas de moldeo
Talco grafito
Ductos para bebederos Arena de Moldeo Arena para almas
CALCULOS
1) Tomar las medidas el modelo seleccionado
Para la Pieza
Hallando el volumen del modeloPiezaRadioLadoAlturaVolumen
12.875-4.59119.189570908cm3
24,675-2,94201,864724562cm3
33,825--
2,3351,87,18213,405336079cm3
41,73-4,3941,2768549464cm3
52,37-1,8833,1745021387cm3
61,30-3,6619,4320071995cm3
VOLUMEN TOTAL628,342995834cm3
Como necesitamos la masa de Aluminio, necesitamos conocer la
densidad del aluminio que es 2,7 gr/ cm3 a temperatura ambiente,
entonces tenemos:
Calculo de la masa:
rea de enfriamiento de la pieza:
Volumen de la mazarota:
Para el clculo de la mazarota tenemos la siguiente relacin que
depende de la contraccin volumtrica del aluminio. (7% -
solidificacin)
Vm = Volumen de la mazarotaVp = Volumen de la piezan =
coeficiente de seguridad [1,5-3] c = coeficiente de contraccin
2) Determinar el empuje metalostatico
Para determinar el empuje metalostatico, tenemos que darnos
cuenta que este es debido a el fluido ingresado en la fundicin.Del
siguiente grafico obtenemos que el volumen especifico del Aluminio
es 0,43 aprox. (Tomamos la densidad en modo lquido para el empuje)
y calculamos la densidad:
Adems de la densidad necesitamos el volumen que recibe dicho
empuje, en este caso es el volumen que se encuentra por encima del
molde, tomamos como altura de la mitad de la caja como h=15 cm. Lo
calculamos de la siguiente manera:
Para el modelo:
Ahora calculamos el empuje segn la frmula de fluidos:
Por lo tanto el empuje es Newton, con esto podemos darnos cuenta
que esta pieza si necesitara contrapesar el empuje, ya que este
empuje es mayor al anterior, para eso habra que hacer los clculos
de peso de arena y peso de caja para verificar cuanto de peso se
necesitara. 3) Volumen Final y deformacin de las piezas finalesEl
proceso de fundicin empieza con el diseo del modelo para as
fabricar el molde, este tiene una cavidad cuya forma geomtrica
determina la forma de la parte a fundir. La cavidad debe disearse
de forma y tamao ligeramente sobredimensionado, esto permitir la
contraccin del metal durante la solidificacin y enfriamiento Cada
metal tiene porcentaje de contraccin, por tanto la precisin
dimensin es crtica, la cavidad debe disearme para el metal en
particular que se va a fundir.
Por lo tanto:
Siendo el coeficiente de contraccin del aluminio 72*10-6, el
volumen final se deduce por:
Dnde: la variacin de temperatura es punto de fusin = 660C
Tamb=25C
=635C
As tenemos el porcentaje de reduccin volumtrico:
Porcentaje de reduccin es = %
%= 4.372%
Y el porcentaje de reduccin lineal se aproxima mediante el
enfoque , entonces podemos aproximar:
Para la pieza600,8718345 cm
A continuacin mostramos una tabla con los volmenes y medidas
reducidas que se obtendrn despus de la fundicin de la pieza N2:
PiezaRadioLadoAlturaVolumen final
12.8331-4,5231113,978602
24,6069-2,8972193,039194
33,7693--
2,30101,77387,0754204,075249
41,7048-4,326039,472230
52,3355-1,852631,724113
61,2810-3,606718,582440
VOLUMEN TOTAL600,87183
4) De acuerdo al volumen calcular el tiempo de
solidificacinAproximaremos el tiempo segn la relacin:
Para el segundo modelo tenemos:
Esto quiere decir que el tiempo aproximado de solidificacin es
aproximadamente 4 min, esto se debe a que este modelo es ms grande
que el anterior y necesitara mayor tiempo de enfriamiento.
PROCEDIMIENTO
Se seleccin la caja de acuerdo al tamao del modelo: Para esto
hay que tener en cuenta que la caja debe tener una distancia
considerable entre los bordes y el molde que se realizara ya que si
esta distancia es muy corta puede ocurrir un desborde al retirar el
modelo. Colocar en la tabla de moldeo la mitad inferior de la caja
de moldeo ( previamente verificar y/o colocar un indicador para la
posicin de las asas )
Ubicar el modelo ( si es entero ) o la mitad del modelo ( si es
partido) en el centro de la caja
Cubrir con talco o grafito la superficie del modelo: Esto
permite facilidad para el momento de quitar el modelo, adems el
grafito se puede usar para el final de manera que quede mejor el
moldeo. Agregar la arena de contacto (arena tamizada)
aproximadamente que tape 5 cm al modelo: La tamizada permite que
sea un aplastamiento uniforme para evitar aglomeraciones alrededor
del molde. Presionar manualmente la arena con la finalidad de
aplicar la propiedad plstica de la arena
Llenar la caja con arena de relleno
Compactar con los atacadores
Enrasar con una regla
Voltear la caja y colocar la caja superior
Colocar la otra mitad del modelo ( si es modelo partido)
Ubicar el bebedero y la mazarota en las posiciones elegidas:
Para esto hay que tener en cuenta las zonas calientes de los
modelos, y el bebedero debe ser escogido de tal manera que el
enfriamiento sea uniforme y no haya desperfectos por rechupe. Se
procede tal como en la caja inferior
Una vez terminado el moldeo, se extraen los ductos del bebedero
y mazarotas (si es que estas no son ciegas), se procede hacer la
copa del bebedero
Abrir la caja , extraer el modelo y colocar el las almas si es
que las tienen
Hacer el conducto de colada y los de las mazarotas
Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posicin
de las cajas coincidan
Con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la
permeabilidad
Colocar su caja en la zona de colada
Tomar la temperatura de colada
Sacar el producto
Tomar las medidas obtenidas en su producto
Cuadro Nro.
Metal o aleacinTemperatura de fusin 0CCalor especfico del
slidoCalor especfico del lquidoCalor latente de fusin
Estao2320.0560.06114
Plomo3270.0310.046
Zinc4200.0940.12128
Magnesio6500.25-----72
Aluminio6570.230.3985
Latn 9000.092---------
Bronce 900 a 9600.09---------
Cobre10830.0940.15643
Fundicin gris12000.160.2070
Fundicin blanca11000.16--------
Acero 14000.12----50
Nquel14550.11----58
Calculo de Caloras.Para el aluminio:
Reemplazando los datos.H = 1455.953 KcalOBSERVACIONES Se observa
que se produce rechupe en la pieza debido al lugar donde se
colocaron las mazarotas y que solo se pusieron dos.
Se observa que la superficie de la pieza es spera esto debido a
la finura de la arena.
En la superficie de la pieza puede verse que es porosa debido a
los gases que produce el aluminio.
Se observan rebabas en el lmite entre las cajas de moldeo.
RECOMENDACIONES
Debe tenerse cuidado al picar el molde porque si este entra en
la cavidad, el metal liquido puede entrar en la perforacin y
producir lo que se conoce como cola de ratn.
Debe presionarse bien la arena a fin de que esta est bien
compacta y no se desmorone.
Debe elegirse el lugar de la mazarota lo ms cerca posible a la
cavidad, sin tocarla, para evitar rechupes. El canal de la mazarota
a la cavidad no debe ocupar mucha rea de esta para facilitar la
extraccin de las mazarotas. CONCLUSIONES
Se concluye que para obtener una pieza sin defectos por rechupes
debe tomarse en cuenta cuantas mazarotas deben ser puestas en el
molde de arena, el lugar donde se colocan y el dimetro de
estas.
Debe calcularse el empuje metalosttico para determinar el peso
que debe colocarse encima ya que si no puede levantar el molde y
derramarse el aluminio lquido.
Rechupes
Rechupes
Superficie spera y porosa
Rebabas
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