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• Carlos Huertas

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• Aleación
• Tratamiento a base de calor

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Procesos Industriales I

“UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA” FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y SISTEMAS

ALIANZA METALURGICA S.A. CURSO:

Procesos Industriales I PROFESOR:

Parra Osorio, Hernán Integrantes:

Flores Palomino, Jhon Ronald Vigo Alvarado, Victor Vicente Villar Mavila, Omar Enrique Zarate Juño, Arturo Misael

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Procesos Industriales I SUMARIO I-

FUNDAMENTO TEÓRICO

II-

EL ALUMINIO CARACTERÍSTICAS DEL ALUMINIO CARACTERÍSTICAS FÍSICAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS PROCESO DE OBTENCION ELECTROLISIS DE LA ALUMINA APORTACIONES DE ELEMENTOS ALEANTES TIPOS DE ALEACIONES NORMALIZADAS Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO CON TRATAMIENTO TÉRMICO RECICLAJE. ALUMINIO SECUNDARIO TOXICIDAD

III-

DATOS DE LA EMPRESA ASPECTOS GENERALES ALIANZA METALÚRGICA Breve Historia Política de calidad

LA PLANTA IV-

PRODUCTOS QUE BRINDAN LA EMPRESA

V-

MATERIA PRIMA E INSUMOS ALUMINIO Arena Sílice (SiO2) Silicio Zinc Magnesio Titanio

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Procesos Industriales I VI-

LINEAS DE PRODUCCION

Recepción de materias primas Selección y pesado de materias primas Fusión FUNDICION EN ARENA Preparacion de los moldes iniciales Preparación o armado de moldes de arena Vaciado de aluminio Desmoldeo, acabados y arenado Inspección Almacén y despacho FUNDICION EN COQUILLA Preparación de los moldes iniciales Vaciado del aluminio Desmoldado PROCESO DE FUNDICIÓN DE INYECCIÓN O PRESIÓN Recepción de materias primas Selección y pesado de materias primas Fundición Colado en los moldes de lingotes de Aluminio Fundido de la aleación en el horno Crisol Inyección del aluminio a la maquina Inyectora de cámara fría Acabado Inspeccion Almacén y despacho Proceso de Fundición de Precisión In Casting Área de diseño Área se marquetería Área de fundición Ares de matricera Página | - 3 -

Procesos Industriales I VII-

OBSERVACIONES

VIII-

CONCLUSIONES

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Procesos Industriales I I.

FUNDAMENTO TEÓRICO 1.1

EL ALUMINIO

El aluminio se utilizaba en la antigüedad clásica en tintorería y medicina bajo la forma de una sal doble, conocida como alumbre y que se sigue usando hoy en día. En el siglo XIX, con el desarrollo y la física y la química, se identificó el elemento. Su nombre inicial, aluminum, fue propuesto por el británico Sir Humphrey Davy en el año 1809. A medida que se sistematizaban los nombres de los distintos elementos, se cambió por coherencia a la forma aluminium, que es la preferida hoy en día por la IUPAC debido al uso uniforme del sufijo -ium. No es sin embargo la única aceptada ya que la primera forma es muy popular en los Estados Unidos. En el año 1825, el físico danés Hans Christian Ørsted, descubridor del electromagnetismo, consiguió aislar por electrolisis unas primeras muestras, bastante impuras. El aislamiento total fue conseguido dos años después por Friedrich Wöhler.

La extracción del aluminio a partir de las rocas que lo contenían se reveló como una tarea ardua. A mediados de siglo, podían producirse pequeñas cantidades, reduciendo con sodio un cloruro mixto de aluminio y sodio, gracias a que el sodio era más electropositivo. Durante el siglo XIX, la producción era tan costosa que el aluminio llegó a considerarse un material exótico, de precio exhorbitado, y tan preciado o más que la plata o el oro. Durante la Exposición Universal de 1855 se expusieron unas barras de aluminio junto a las joyas de la corona Francia. El mismo emperador había pedido una vajilla de aluminio para agasajar a sus invitados. De alumino se hizo también el vértice del Monumento a Washington, a un precio que rondaba en 1884 el de la plata.4 Diversas circunstancias condujeron a un perfeccionamiento de las técnicas de extracción y un consiguiente aumento de la producción. La primera de todas fue la invención de la dinamo en 1866, que permitía generar la cantidad de electricidad necesaria para realizar el proceso. En el año 1889, Karl Bayer patentó un procedimiento para extraer la alúmina u óxido de aluminio a partir de la bauxita, la roca natural. Poco antes, en 1886, el francés

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Procesos Industriales I Paul Héroult y el norteamericano Charles Martin Hall habían patentado de forma independiente y con poca diferencia de fechas un proceso de extracción, conocido hoy como proceso Hall-Héroult. Con estas nuevas técnicas la producción de aluminio se incrementó vertiginosamente. Si en 1882, la producción anual alcanzaba apenas las 2 toneladas, en 1900 alcanzó las 6.700 toneladas, en 1939 las 700.000 toneladas, 2.000.000 en 1943, y en aumento desde entonces, llegando a convertirse en el metal no férreo más producido en la actualidad. La abundancia conseguida produjo un colapso del precio, y que perdiese la vitola de metal preciado para convertirse en metal común.5 Ya en 1895 abundaba lo suficiente como para ser empleado en la construcción, como es el caso de la cúpula del Edificio de la secretaría de Sídney, donde se empleó este metal. Hoy en día las líneas generales del proceso de extracción se mantienen, aunque se recicla de manera general desde 1960, por motivos medioambientales pero también económicos ya que la recuperación del metal a partir de la chatarra cuesta un 5% de la energía de extracción a partir de la roca. El principal inconveniente para su obtención reside en la elevada cantidad de energía eléctrica que requiere su producción. Este problema se compensa por su bajo coste de reciclado, su dilatada vida útil y la estabilidad de su precio.

1.2

CARACTERÍSTICAS DEL ALUMINIO 1.2.1

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS

Entre las características físicas del aluminio, destacan las siguientes: -

Es un metal ligero, cuya densidad o peso específico es de 2700 kg/m3 (2,7 veces la densidad del agua). Tiene un punto de fusión bajo: 660ºC (933 K). El peso atómico del aluminio es de 26,9815. Es de color blanco brillante. Buen conductor del calor y de la electricidad. Resistente a la corrosión, gracias a la capa de Al2O3 formada. Abundante en la naturaleza. Material fácil y barato de reciclar. Página | - 6 -

Procesos Industriales I 1.2.2

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

Entre las características mecánicas del aluminio se tienen las siguientes: -

-

De fácil mecanizado. Muy maleable, permite la producción de láminas muy delgadas. Bastante dúctil, permite la fabricación de cables eléctricos. Material blando (Escala de Mohs: 2-3). Límite de resistencia en tracción: 160-200 N/mm2 [160-200 MPa] en estado puro, en estado aleado el rango es de 14006000 N/mm2. El duraluminio es una aleación particularmente resistente. Material que forma aleaciones con otros metales para mejorar las propiedades mecánicas. Permite la fabricación de piezas por fundición, forja y extrusión. Material que permite ser soldado. 1.2.3

-

-

-

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

Debido a su elevado estado de oxidación se forma rápidamente al aire una fina capa superficial de óxido de aluminio (Alúmina Al2O3) impermeable y adherente que detiene el proceso de oxidación, lo que le proporciona resistencia a la corrosión y durabilidad. Esta capa protectora, de color gris mate, puede ser ampliada por electrólisis en presencia de oxalatos. El aluminio tiene características anfóteras. Esto significa que se disuelve tanto en ácidos (formando sales de aluminio) como en bases fuertes (formando aluminatos con el anión [Al(OH)4]-) liberando hidrógeno. La capa de oxido formada sobre el aluminio se puede disolver en ácido cítrico formando citrato de aluminio. El principal y casi único estado de oxidación del aluminio es +III como es de esperar por sus tres electrones en la capa de valencia.

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Procesos Industriales I

1.3

PROCESO DE OBTENCION

El método Bayer es el más empleado por resultar el más económico. Consta de dos fases: -

-

-

-

-

La bauxita se transporta desde la mina al lugar de transformación Se tritura y muele hasta que queda pulverizada. Se almacena en silos hasta que se vaya a consumir. En un mezclador se introduce bauxita en polvo, sosa cáustica, cal y agua caliente. Todo ello hace que la bauxita se disuelva en la sosa. En el decantador se separan los residuos (óxidos que se hallan en estado sólido y no fueron atacados por la sosa). En el intercambiador de calor se enfría la disolución y se le añade agua. En la cuba de precipitación, la alúmina se precipita en el fondo de la cuba. Un filtro permite separar la alúmina de la sosa.

Primera fase -

La alúmina se calienta a unos 1200°C en un horno, para eliminar por completo la humedad. En el refrigerador se enfría la alúmina hasta la temperatura ambiente.

Segunda fase

-

Se disuelve la alúmina en criolita fundida (F6AlNa3), que protege al baño de la oxidación, a una temperatura de unos 1 000 °C, y se la somete a un proceso de electrólisis que descompone el material en aluminio y oxígeno.

Observación: La obtención del aluminio a partir de la bauxita, precisa de gran cantidad de energía, por lo que es importante su reciclado Página | - 8 -

Procesos Industriales I

1.4

ELECTROLISIS DE LA ALUMINA

El óxido de aluminio se disuelve en un baño fundido de criolita (Na3AlF6) y se electroliza en una celda electrolítica usando ánodos y cátodo de carbono. De estos baños se obtiene aluminio metálico en estado líquido con una pureza entre un 99,5 y un 99,9%, quedando trazas de hierro y silicio como impurezas principales. [10] La electrólisis es un proceso electroquímico en el que se hace pasar una corriente eléctrica a través de una solución que contiene compuestos disociados en iones para provocar una serie de transformaciones químicas. La corriente eléctrica se proporciona a la solución sumergiendo en ella dos electrodos, uno llamado cátodo y otro llamado ánodo, conectados respectivamente al polo negativo y al polo positivo de una fuente de corriente continua. Para la producción electrolítica del aluminio se opera sobre una solución particular, obtenida disolviendo alúmina en criolita fundida para lo que son necesarias temperaturas del orden de 1000ºC. Por esta razón el consumo energético que se utiliza para obtener aluminio es muy elevado y lo convierte en uno de los metales más caros de obtener, ya que es necesario gastar entre 17 y 20 kWh por cada kilo de metal de aluminio. El gran problema del aluminio es el precio de la energía que consume para producirlo y que representa entre un 25% y un 30% del costo de producción del metal. Por esta razón se están desarrollando procesos alternativos que permiten una reducción de la energía necesaria, hasta un 70% menos que con el procedimiento electrolítico. PURIFICACIÓN Y CONFORMADO DEL ALUMINIO El aluminio procedente de las cubas electrolíticas pasa a hornos para mezclarlo de manera precisa con otros metales para formar diversas aleaciones con propiedades específicas diseñadas para diversos usos. El metal se purifica en un proceso denominado adición de fundente y después se vierte en moldes o se funde directamente en lingotes. Para obtener una tonelada de aluminio hacen falta unas dos toneladas de alúmina y una gran cantidad de electricidad. A su vez, para producir dos toneladas de alúmina se necesitan unas cuatro toneladas de bauxita, en un proceso complejo que requiere equipos de gran tamaño.

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Procesos Industriales I 1.5        

APORTACIONES DE ELEMENTOS ALEANTES

Cromo (Cr) Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos Cu, Mn, Mg. Cobre (Cu) Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión. Hierro (Fe). Incrementa la resistencia mecánica. Magnesio (Mg) Tiene alta resistencia tras el conformado en frío. Manganeso (Mn) Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición. Silicio (Si) Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica. Titanio (Ti) Aumenta la resistencia mecánica. Zinc (Zn) Reduce la resistencia a la corrosión. 1.6

TIPOS DE ALEACIONES NORMALIZADAS

Las aleaciones de aluminio forjado se dividen en dos grandes grupos, las que no reciben tratamiento térmico y las que reciben tratamiento térmico 1.6.1 Aleaciones de aluminio forjado sin tratamiento térmico Las aleaciones que no reciben tratamiento térmico solamente pueden ser trabajadas en frío para aumentar su resistencia. Hay tres grupos principales de estas aleaciones según la norma AISI-SAE : 





Aleaciones 1xxx. Son aleaciones de aluminio técnicamente puro, al 99,9% siendo sus principales impurezas el hierro y el silicio como elemento aleante. Se les aporta un 0.12% de cobre para aumentar su resistencia. Tienen una resistencia aproximada de 90 MPa. Se utilizan principalmente par trabajos de laminados en frío. Aleaciones 3 xxx. El elemento aleante principal de este grupo de aleaciones es el manganeso (Mn) que está presente en un 1,2% y tiene como objetivo reforzar al aluminio. Tienen una resistencia aproximada de 16 ksi (110MPa) en condiciones de recocido. Se utilizan en componentes que exijan buena mecanibilidad. Aleaciones 5xxx. En este grupo de aleaciones es el magnesio es el principal componente aleante su aporte varía del 2 al 5%. Esta aleación se utiliza cuando para conseguir reforzamiento en solución sólida. Tiene una resistencia aproximada de 28 ksi (193MPa) en condiciones de recocido. Página | - 10 -

Procesos Industriales I

1.6.2 ALEACIONES DE ALUMINIO FORJADO CON TRATAMIENTO TÉRMICO Algunas aleaciones pueden reforzarse mediante tratamiento térmico en un proceso de precipitación. El nivel de tratamiento térmico de una aleación se representa mediante la letra T seguida de un número por ejemplo T5. Hay tres grupos principales de este tipo de aleaciones. 



Aleaciones 2xxx: El principal aleante de este grupo de aleaciones es el cobre (Cu), aunque también contienen magnesio Mg. Estas aleaciones con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 64ksi (442 MPa) y se utiliza en la fabricación de estructuras de aviones. Aleaciones 6xxx. Los principales elementos aleantes de este grupo son magnesio y silicio. Con unas condiciones de tratamiento térmico T6 alcanza una resistencia a la tracción de 42 ksi (290MPa) y es utilizada para perfiles y estructuras en general.

Aleaciones 7xxx. Los principales aleantes de este grupo de aleaciones con cinc, magnesio y cobre. Con un tratamiento T6 tiene una resistencia a la tracción aproximada de 73ksi (504MPa) y se utiliza para fabricar estructuras de aviones

1.7

RECICLAJE. ALUMINIO SECUNDARIO

El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial. El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo perfil hasta finales de los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio para la fabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de la opinión pública. Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. La fundición de aluminio secundario implica su producción a partir de productos usados de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por pretratamiento, fundición y refinado.

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Procesos Industriales I Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones, mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro, cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados. Las mejores técnicas disponibles incluyen:     

Hornos de alta temperatura muy avanzados. Alimentación libre de aceites y cloro. Cámara de combustión secundaria con enfriamiento brusco Adsorción con carbón activado. Filtros de tela para eliminación de polvos.

Durante el año 2002 se produjeron en España 243.000 toneladas de aluminio reciclado y en el conjunto de Europa occidental esta cifra ascendió a 3,6 millones de toneladas. Para proceder al reciclaje del aluminio primero hay que realizar una revisión y selección de la chatarra según su análisis y metal recuperable para poder conseguir la aleación deseada. La chatarra preferiblemente se compactará, generalmente en cubos o briquetas o se fragmentará, lo cual facilita su almacenamiento y transporte. La preparación de la chatarra descartando los elementos metálicos no deseados o los inertes, llevarán a que se consiga la aleación en el horno de manera más rápida y económica. El residuo de aluminio es fácil de manejar porque es ligero, no arde y no se oxida y también es fácil de transportar. El aluminio reciclado es un material cotizado y rentable. El reciclaje de aluminio produce beneficios ya que proporciona ocupación y una fuente de ingresos para mano de obra no cualificada.

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Procesos Industriales I

1.8

TOXICIDAD

Este metal fue considerado durante muchos años como inocuo para los seres humanos. Debido a esta suposición se fabricaron de forma masiva utensilios de aluminio para cocinar alimentos, envases para alimentos, y papel de aluminio para el embalaje de alimentos frescos. Sin embargo, su impacto sobre los sistemas biológicos ha sido objeto de mucha controversia en las décadas pasadas y una profusa investigación ha demostrado que puede producir efectos adversos en plantas, animales acuáticos y seres humanos. La exposición al aluminio por lo general no es dañina, pero la exposición a altos niveles puede causar serios problemas para la salud. La exposición al aluminio se produce principalmente cuando:     

Se consumen medicamentos que contengan altos niveles de aluminio. Se inhala polvo de aluminio que esté en la zona de trabajo. Se vive donde se extrae o procesa aluminio. Se colocan vacunas que contengan aluminio. Se ingieren alimentos cítricos preparados sobre una superficie de aluminio.

Cualquier persona puede intoxicarse con aluminio o sus derivados, pero algunas personas son más propensas a desarrollar toxicidad por aluminio.

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Procesos Industriales I II.

DATOS DE LA EMPRESA

Nombre de la Empresa

:

Alianza Metalúrgica S.A.

Rubro

:

Fundición de Duraluminio

Gerente de Producción

:

Ing. Hugo Mateo López

Ubicación

:

Calle San Enrique 901-911, Zárate, Lima 36, Perú

Teléfonos

:

(51-1) 459-5700

Guía de la Visita

:

Ing. Hugo Mateo López, [email protected]

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Procesos Industriales I 2.1 ASPECTOS GENERALES ALIANZA METALÚRGICA 2.1.1 Breve Historia Alianza Metalúrgica S.A. fue fundada en el año 1985, como una empresa dedicada a la fabricación de piezas fundidas en aleaciones de aluminio. La empresa ha desarrollado a través de todos esos años diversos procesos y aleaciones lo que le han permitido un mejor posicionamiento en el mercado, y así colaborar firmemente en el cumplimiento de los objetivos de sus clientes. La calidad está presente durante todo el proceso de fabricación de productos fundidos en aleaciones de aluminio, por lo que cuenta con un departamento de control de calidad quienes con el uso de alta tecnología garantizan la calidad de las aleaciones de aluminio y así cumplir con los requerimientos. Actualmente cuenta con la capacidad de proveer las demandas de fabricantes nacionales y también de exportar algunos de sus productos, todo esto producto de mejoramientos continuos dentro de la empresa.

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Procesos Industriales I 2.1.2 Política de calidad En Alianza Metalúrgica, la calidad está presente en todas las fases del proceso de fabricación de productos fundidos en aluminio, desde la pre-venta, fabricación hasta la post-venta, con la colaboración de todos los trabajadores comprometidos con la mejora continua del sistema. Control de Calidad Cuentan con un departamento de control de calidad que garantiza, a través de tecnología de última generación, la calidad de las aleaciones de aluminio y duraluminio, para que cumplan con los requerimientos físico-mecánicos y químicos, tanto en placas como en las piezas fabricadas por fundición. Esta calidad es el resultado de la aplicación de tecnología de última generación:  Análisis químico del duraluminio, realizado con un equipo de última generación (espectrómetro de emisión de lectura directa) con patrones certificados.  Grado de porosidad del duraluminio, con una bomba de vacío Gas Tech.  Refinamiento del grano de la estructura del duraluminio, con el grain size test.  Inclusiones de escoria en el duraluminio, con el equipo K-mold-tester.  Grado de dureza del material, con un durómetro.  Evaluación de micro estructura del duraluminio, a través del ensayo metalográfico con el espectrómetro de emisión de lectura directa.  Análisis visual de atributos, evaluando formas y detalles.  Medición de dimensiones, cuidando que se encuentren 2.1.3 LA PLANTA La planta, ubicada en Zárate (Lima, Perú), cuenta con todas las instalaciones requeridas por una fundición moderna que utiliza las últimas tecnologías para ofrecer piezas de aluminio de alta calidad. Con un total de 140 empleados, contamos con todas las capacidades para administrar y operar con eficiencia y profesionalismo los siguientes equipos: 

Fusión



Moldeo y Fundición



Matricería y Maestranza



Acabados y Ensamblaje Página | - 16 -

Procesos Industriales I 

Modelería y Maquetería

Los hornos con los que cuenta la planta son:     

4 hornos reverberos (capacidad total de 3400 kg) 2 hornos de crisol basculantes (capacidad total de 600 kg) 2 hornos de mantenimiento para máquinas inyectoras (capacidad de 200 kg) 2 equipos de desgasificado estáticos 1 equipo de desgasificado FDU

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Procesos Industriales I III.

PRODUCTOS QUE BRINDAN LA EMPRESA

Actualmente Alianza Metalúrgica cuenta con la capacidad de proveer las demandas de fabricantes nacionales y también de exportar algunos de sus productos, todo esto producto de mejoramientos continuos dentro de la empresa.

Aluminios granulados y lingotes Granos de aluminio macizos, esféricos y de medida uniforme, además de lingotes; utilizados en acerías para la desoxidación del acero, como elemento aleante. Actualmente esta producción se encuentra parada por falta de demanda.

Placas y barras Elaboradas a través del proceso en coquilla, en aleaciones de duraluminio maquinables para la fabricación de matrices, ejes, bocinas, etc.

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Procesos Industriales I

Industria del calzado Moldes para inyección de suelas de PVC, caucho, poliuretano, TR, EVA y moldes de inyección directa al corte; hormas en aluminio

Accesorios de cocina Parrilleras y quemadores para cocinas a gas, quemadores para cocinas industriales, accesorios para cocinas broaster, sandwicheras personales para pic-nic.

Matrices Matrices para inyección de plástico, soplado en preforma y manga (envases plásticos), termoformado, rotomoldeo y poliestireno expandido o teknopor.

Ferretería eléctrica Grapas de suspensión, grapas angulares, grapas tipo pistola y tipo puño, mordazas de suspensión, conectores, amortiguadores, poleas de arrastre para cableado.

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Procesos Industriales I Iluminación y semáforos Semáforos para señalización. Luminarias industriales, comerciales, deportivas y de uso doméstico, en interiores y exteriores.

Ventilación industrial y minera Impulsores, masas de ventilador, paletas, carcazas de ventilador.

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Procesos Industriales I IV.

MATERIA PRIMA E INSUMOS 4.1 ALUMINIO

El Aluminio es un metal no ferroso. En estado natural se encuentra en muchos silicatos (feldespatos, plagioclasas y micas). Como metal se extrae del mineral conocido con el nombre de bauxita, por transformación primero en alúmina mediante el proceso Bayer y a continuación en aluminio mediante electrólisis.

Proceso Bayer

Obtención de aluminio

Este metal posee una combinación de propiedades que lo hacen muy útil en ingeniería mecánica, tales como su baja densidad y su alta resistencia a la corrosión. Mediante aleaciones adecuadas se puede aumentar sensiblemente su resistencia mecánica (hasta los 690 MPa). Es buen conductor de la electricidad, se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Por todo ello es el metal que más se utiliza después del acero.

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Procesos Industriales I

4.2 Arena Sílice (SiO2) Se encuentra en muchos depósitos naturales, y es adecuada para propósitos de moldeo por que puede resistir altas temperaturas sin descomponerse. Esta arena es de bajo costo, tiene gran duración y se consigue en una gran variedad de tamaño y formas de grano. Por otra parte, tiene una alta relación de expansión cuando esta sometida al calor y tiene cierta tendencia a fusionarse con el metal

4.3 Silicio Material que le da mas resistencia al aluminio debido a que el aluminio es blando casi en su totalidad traído de China

4.4 Zinc El zinc es más pesado que el magnesio y es el encargado de darle resistencia al aluminio

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Procesos Industriales I

4.5 Magnesio Es el encargado de darle dureza al aluminio también es brillante traído mayormente de Brasil

4.6 Titanio Le da consistencia al aluminio

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Procesos Industriales I V.

LINEAS DE PRODUCCION

En la empresa Alianza Metelúrgica S.A. existen 4 líneas de producción, donde estas se diferencian en el tipo de moldeado, cada línea se diferencia por el tipo de moldeado, donde cada tipo intervienen en factores como tamaño, cantidad de producción y la superficie. Las cuatro líneas comienzan con a) Recepción de materias primas

El proceso de fundición se inicia con la recepción de materias primas que pueden ser: chatarra o lingotes de aluminio puro, donde se utilizan lingotes de aluminio puro por la gran eficiencia que se obtiene al no encontrar grandes cantidades de escoria cuando se refunde el material, pero este material es de importación y hay demora en el envío, por lo que también se utiliza chatarra, pues es de mayor facilidad en cuanto a abastecimiento. En caso de utilizar chatarra en el proceso, se realiza una selección y pesado de la misma, clasificándola en los siguientes grupos:

 Chatarra pistones  Chatarra maquinas  Chatarra cobre  Chatarra perfiles  Chatarra Aluminio dulce

b) Selección y pesado de materias primas

Existen unos espacios en planta, divididos por muros donde se almacena principalmente la chatarra, es decir, los diferentes tipos de piezas que se utilizarán para las aleaciones, luego de una exhaustiva evaluación para validar su calidad.

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Procesos Industriales I c) Fusión

El aluminio se introduce en los hornos reverberos a gas natural de llama directa y se calienta hasta que alcanzar el punto de fusión 660º C. En algunos casos cuando el metal requiera ciertos tratamientos se introduce en el horno de crisol. Esta etapa del proceso se denomina Fusión. 5.1 FUNDICION EN ARENA En este caso las características de las piezas a manufacturar son:  Las piezas son medianas o grandes.  La pieza pertenece a una serie mediana de producción.  Las propiedades mecánicas no son muy intensas.  No hay mucha importancia en el acabado (rugosidad).

a) Preparacion de los moldes iniciales El comienzo de esta línea de producción comienza con el diseño de los moldes, donde se realizan con ayuda de los programas de computación Autodesk AutoCAD y Autodesk inventor, donde el primero es de uso primordial en el caso de diseño de planos, y el segundo en cuanto a vistas en 3D. Con los planos ya obtenidos, se elaboran en madera de caoba o de aluminio (en caso de que los productos tengan partes muy delgadas o que los pedidos de los productos sean permanentes) los moldes a utilizar, donde estos serán utilizados junto a los moldes de arena. Esta operación es una operación crítica del proceso, ya que se tiene que alinear con la capacidad de fusión de los hornos y evitar prolongar el tiempo de producción.

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Procesos Industriales I b) Preparación o armado de moldes de arena

La preparación de arena consiste en mezclar arena (arena común y de sílice blanca (altamente refractaria) de granulometría AFS 50/120, seca), bentonita en proporción de 30 -35% (que funciona como aglutinante) y pequeñas cantidades de agua. Luego se introduce en un molino para que se trituren algunos brumos que se forman en la arena y darle la consistencia requerida. Donde esta primera elaboración de la mezcla se llama arena de contacto (la cual ha pasado por un tamiz para evitar grumos), y que luego de su primera utilización se utilizará como arena de relleno, pero al ser reprocesada con agua, esta arena podrá recuperar sus condiciones para el moldeado de piezas. Para la preparación de los moldes de arena se utiliza dos métodos: -

manual (con ayuda de un martillo neumático)  donde las piezas son de gran tamaño y de pequeña serie, donde el promedio de producción del moldes es de 15-25 minutos

-

máquina compactadora, donde esta sacude y compacta la arena donde cada 3 minutos produce un molde de arena, donde se aplica talco como elemento antiadherente entre arena y modelo.

c) Vaciado de aluminio

Obtenido el aluminio en forma líquida, se procede a separar la escoria del metal e introducirlo dentro del molde de arena, este proceso es conocido como “colada”.

d) Desmoldeo, acabados y arenado

Después de un periodo de enfriamiento de tiempo variable en función del tamaño de la pieza se procede a retirar las piezas del molde en una operación denominada Desmolde

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Procesos Industriales I donde se destruye el molde y se limpian los restos de arena, para que al final de esta etapa se haga la primera inspección de las piezas fundidas.

La siguiente etapa se denomina Acabados y consiste en cortar aquellas partes que son sólo de apoyo y no forman parte de la pieza en sí, tales como canales de alimentación y rebabas entre otros; además de darle un acabado superficial con un esmeril. Luego las piezas pasan a cámara en donde se realiza la operación de Arenado o granallado que consiste en lanzar partículas agresivas, en este caso arena, a alta velocidad mediante una pistola de aire comprimido para quitarle a las piezas los residuos del molde

e) Inspección

Cuando se cuenta con las piezas limpias se realiza un control, en el cual se clasifican a las piezas como:

Clasificación

Descripción

Color de etiqueta

El producto cumple todas las Aprobado

características de calidad

Verde

establecidas

Observado

Rechazado

El producto presenta algunas observaciones El producto presenta defectos

Naranja

Rojo

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Procesos Industriales I Los productos de etiqueta verde son almacenados y esperan a ser despachados, los de etiqueta naranja son evaluados y los rechazados son nuevamente utilizados en la fundición.

f) Almacén y despacho

Mayormente las piezas que son almacenadas son aquellas que han sobrado de un lote o no han sido recogidas por el cliente. Algunas veces se colocan a la intemperie y otras en un cuarto en la parte interior. Los productos no permanecen muchos días en el almacén, pues como la producción es por pedidos, apenas están listas las piezas son despachadas.

5.2 FUNDICION EN COQUILLA En este caso las piezas a manufacturar tienen las siguientes características:  Piezas de fabricación de mediana serie a gran serie.  Presenta poca necesidad de espacio para desempeñar la actividad  Una mejor precisión en el acabado dimensional y mejor acabado en la superficie que en el moldeo por arena  Ofrece como resultado una pieza con estructura de grano más fino y menos porosa por lo que se producen piezas más resistentes (con mejores propiedades mecánicas). En este caso se utilizan como moldes coquillas de fierro fundido, que son reutilizables. a) Preparación de los moldes iniciales Estos moldes o núcleos se diseñan en la misma área que del moldeo por arena, pero a diferencia del primer caso, su procesado no se realiza en esta empresa, estos son mandados a hacer.

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Procesos Industriales I Antes de su utilización se deben calentar previamente a una temperatura de 200°C para evitar la aparición de grietas y luego se aplica grafito en polvo fino que es el elemento aislante (aniadherente), lo que protege al núcleo de la abrasión del metal fundido.

b) Vaciado del aluminio El vaciado del aluminio fundido es similar que en otros procesos, pero en algunos casos es necesario el uso de bombas

c) Desmoldado Luego del enfriamiento simple se realiza el desmoldado y se lava el núcleo en agua destilada, para volver a ser reutilizado. La pieza no tiene mucha necesidad de retoques finales, ya que este proceso se caracteriza por un buen acabado superficial.

5.3 PROCESO DE FUNDICIÓN DE INYECCIÓN O PRESIÓN

El inicio de este proceso se da con la selección de la aleación de aluminio a utilizar, dependiendo de qué producto se realizara o que trabajo realizara y con esto determinar la resistencia térmica y dureza. Es debido a esto que la empresa realiza sus propias aleaciones, las cuales siguen el siguiente proceso.

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Procesos Industriales I

a) Recepción de materias primas

El proceso de fundición se inicia con la recepción de materias primas que pueden ser: Zinc, estaño, titanio y chatarra o lingotes de aluminio puro. En caso de utilizar chatarra en el proceso, se realiza una selección y pesado de la misma, clasificándola en los siguientes grupos: • Chatarra maquinas • Chatarra perfiles • Chatarra Aluminio dulce

b) Selección y pesado de materias primas Existen unos espacios en planta, divididos por muros donde se almacena principalmente la chatarra, es decir, los diferentes tipos de piezas que se utilizarán para las aleaciones, luego de una exhaustiva evaluación para validar su calidad.

c) Fundición El aluminio se introduce en los hornos de llama directa y se calienta hasta que alcanzar el punto de fusión 660º C. En algunos casos cuando el metal requiera ciertos tratamientos se introduce en el horno de crisol. Esta etapa del proceso se denomina Fusión.

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Procesos Industriales I d) Colado en los moldes de lingotes de Aluminio Una vez fundido el aluminio con su respectivo aleante se realiza el vaciado en los moldes de lingotes, los cuales ya se tienen preparados y ubicados en un lugar seguro para su respectivo enfriamiento a temperatura ambiente.

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Procesos Industriales I e) Fundido de la aleación en el horno Crisol Cuando los lingotes de la aleación se enfrían son trasladados hasta el área de fundición por inyección o presión, donde se ubica el horno de crisol, el cual funciona las 24 horas, la temperatura del horno es de 660º C la cual mantiene a la aleación de aluminio en estado líquido.

f) Inyección del aluminio a la maquina Inyectora de cámara fría Antes de que ingrese el aluminio a la máquina, a la matriz de acero se le echa mediante un soplete grafito en polvo con agua, para que el aluminio no se quede pegado a la matriz. La aleación fundida es dosificada a la máquina mediante mediante un cilindro, que contiene la medida necesaria para la elaboración de la pieza a fabricar, una vez este la aleación en la máquina, actúa el émbolo de una bomba, directamente sobre el metal fundido. El tiempo de vaciado depende de diferentes factores, tales como el volumen de la fundición, grosor del bebedero, espesor de la pared de fundición, longitud de flujo de la colada dentro del molde. Mientras se solidifica el material de fundición se mantiene constante la alta presión. A continuación se suprime la presión, se abre el molde, se expulsa la fundición y se prepara el molde para la siguiente colada

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Procesos Industriales I

Figura 1: Esquema de una máquina para proceso en frío1

1

D. M. STEFANESCU, ASTM International, the materials information company, Volumen 15 de la 9na Edición Metals Handbook, 1992

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Procesos Industriales I

g) Acabado Arenado o granallado que consiste en lanzar partículas agresivas, en este caso arena, a alta velocidad mediante una pistola de aire comprimido para quitarle a las piezas los residuos del molde.

Inspección Cuando se cuenta con las piezas limpias se realiza un control, en el cual se clasifican a las piezas. Los productos de etiqueta verde son

almacenados

y

esperan

a

ser

despachados, los de etiqueta naranja son evaluados

y

los

rechazados

son

nuevamente utilizados en la fundición. Es aquí donde e les hace un riguroso control de calidad a los productos con las diferentes tecnologías usadas.

h) Almacén y despacho Principalmente almacenadas

las son

piezas

que

son

aquellas

que

han

sobrado de un lote o no han sido recogidas por el cliente. Algunas veces se colocan al exterior y otras en un cuarto en la parte interior. Los productos no permanecen muchos días en el almacén, pues como la producción es por pedidos, apenas

están

listas las

piezas

son

despachadas.

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Procesos Industriales I

5.4 Proceso de Fundición de Precisión In Casting

a) Área de diseño Aquí se representa la huella del calzado haciendo dibujos- trazos todos asistidos por computadora AutoCAD,

(se

utilizan

Rhinoceros,

los

software

Inventor,Solidword,

etc). El modelo puede ser proporcionado por la empresa o si el cliente prefiere trae la muestra que desea y se le hace su respectivo diseño con uno del respectivo software y se realizan las respectivas medidas utilizando una regla metálica, centímetro de zapatero, pie de rey, el tiempo para realizar una suela sencilla es de 3 días.

b) Área se marquetería

Aquí se elabora el piloto, este representa el patrón dela futura suela del calzado. El trabajo en esta área es manual, se trabaja con una base de madera y revestimiento de caucho y resina, con lo cual se tendrá una maqueta lista, la cual es presentada al cliente si este aprueba pasa a la siguiente área de lo contrario se tiene que volver a elaborar el diseño. La elaboración de la maqueta dura aproximadamente semana y media dependiendo de qué tan complicado sea el modelo.

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Procesos Industriales I

c) Área de fundición

La fundición del aluminio y aleantes, ya ha sido preparada en los hornos como en el caso de la fundición en arena, luego este aluminio fundido será vaciado en los respectivos moldes.

El molde es preparado en un bloque de yeso en el cual se pone la plantilla elaborada en el área de maquetería, en este bloque de yeso se inyecta plastilina para generar el vacío, posteriormente se abra se retira la plastilina, para esta ver inyectar silicona. Terminado este proceso se retira la plantilla, y se agrega un yeso refractario el cual copiara los grabados de la silicona, y se lleva el conjunto a un secado el cual dura aproximadamente 8 horas, esto para eliminar la humedad.

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Procesos Industriales I Después del secado se traslada la prensa donde se hará la colada del aluminio fundido, se observa que se utiliza una especia e platea cuando se va vertiendo el aluminio, esto es para evitar turbulencia y burbujas.

Finalmente se obtiene el molde en bloques, control de calidad verifica las medidas. El cliente en esta etapa decide si lleva el molde ya preparado, o si lo deja para darle un acabado final.

d) Ares de matricera

Aquí lo que se hace es preparar el molde como sellar las bases con las tapas dependiendo i es bicolor que son dos tapas o monocolor con una tapa. A la vez que se sella se debe poner los canales de colada. El asentado es manual por lo que se tiene se tiene que hacer una prueba para verificar que la superficies encajen, esta prueba se hace usando azul de Prusia indicando que si pinta parejo es porque ha llenado bien. Este proceso se subdivide en tres etapas para así lograr un mejor acabado:

1. Habilitado inicial Consiste en trabajar con máquinas y herramientas por ejemplo como las máquinas fresadoras para rectificar las caras laterales. Ese proceso demora un día por molde.

2. Mecánica de banca Aquí se la da el acabado al molde, este proceso es manual durando cuatro días. Se dan espesores, se graban logotipos de acuerdo a los requerimientos.

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Procesos Industriales I

3. Habitado final Se le dan alturas al molde, se ponen filtros de fuga de gases, y se hacen pruebas de inyección. Dura aproximadamente 6 días por molde.

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Diagrama del Proceso de Función de Precisión In Casting

Procesos Industriales I

DIAGRAMA DE OPERACIONES – LINEA DE MOLDEADO EN ARENA

Mediana Serie

Molde madera

NO

Moldes

Diseño en software

Elab. De planos

Prepar. de arena SI

Molde Aluminio

Aluminio y aleantes Etiqueta verde

Recepcion MP

Selección y pesado

acabado

almacen

depachado

SI

fusion

Colada

desmoldeo

inspeccion

evaluados Etiqueta naranja

Escoria

¿Cumplen?

NO

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Procesos Industriales I

DIAGRAMA DE OPERACIONES – LINEA DE MOLDEADO EN COQUILLA

Moldes

Diseño en software

Elab. De planos

Aluminio y aleantes

Envio de produccion

SI

acabado

almacen

depachado

Defectuoso

Recepcion MP

Selección y pesado

fusion

Colada

desmoldeo

inspeccion

evaluados Escoria

NO NO

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Procesos Industriales I VI.

OBSERVACIONES

 Se identificó un cuello de botella en el área de matricera, por lo que primera programa la producción de acuerdo a esta área.

 El moldeo es la operación crítica del proceso, debido a que se tiene que alinear con la capacidad de fusión de los hornos para no prolongar el tiempo de ciclo de producción.

 La mayor parte de los proceso son manuales ejemplo de esto el área de matricería.

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Procesos Industriales I VII.

CONCLUSIONES

 Debido a la actual crisis económica la producción de Alianza Metalúrgica ha disminuido en un 30%.

 El vacío de los moldes debe diseñarse de forma y tamaño un poco sobredimensionado, ya que esto permitirá la contracción del metal durante la solidificación y enfriamiento.

 Las piezas coladas en coquillas tienen una superficie pareja y limpia por lo que, generalmente, no es necesario un trabajo posterior de acabado.

 Alianza Metalúrgica siempre ha buscado consolidarse en el mercado local en base a la calidad de sus productos y a su especialización en aluminio, logrando convertirse en la principal fundición de aluminio en el Perú.

 La estrategia de Alianza Metalúrgica periódicos de las emisiones para,

está centrada en realizar controles

de esta manera, contribuir a tener una

atmósfera más limpia. Además, desarrolla un control periódico de flama para asegurar una combustión óptima.

 El moldeo es la operación crítica del proceso, debido a que se tiene que alinear con la capacidad de fusión del los hornos para no prolongar el tiempo de ciclo de producción.

 Una las estrategias a considerar es la utilización de madera plástica, hecha con material reciclado; ello, contribuiría a difundir la eliminación de la tala de árboles y tener, finalmente, un ecosistema más saludable.

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Procesos Industriales I

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