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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

INFORME DE:

Moldeo y Colada

ASIGNATURA: Procesos de Manufactura II

SEMESTRE

: 2018- I

SECCIÓN: “B”

DOCENTE

ALUMNOS

: Ing. Leonor Zegarra Ramires

:

 Alvarado Gambini Dayans  Mujica Saucedo, Carlos  Melgarejo Trejo, Carlos  Sandro Giulianno Condori Mendoza  Rengifo Reyna, Brandom  Solorzano Crisostomo, Jose

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OBJETIVOS El presente laboratorio tiene como objetivos:  El presente laboratorio tiene como finalidad verificar el coeficiente de contracción del aluminio (obtener el real), así como verificar los cálculos relativos a la ubicación del bebedero, mazarotas y empuje metalostatico para que no tenga defectos la fundición.  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 además identificar los defectos producidos en la pieza.

FUNDAMENTO TEORICO Productos carburados presentados o que se pueden presentar, después de la solidificación, eutéctica (eutéctica de cementita en las fundiciones blancas y eutéctica con grafito laminar en los grises). En ausencia de otros elementos distintos del carbono, este corresponde a c1,7%. Este contenido límite varía con los demás elementos, pero puede ser definido en función del análisis químico como la red de eutéctica de cementita (o las plaquitas de grafito) se oponen a las deformaciones plásticas, estos productos son pocos o nada maleables. Es en esencia una aleación hierro carbono que contiene eutéctica. En las etapas iniciales de la manufactura del hierro y del acero, la fusión del metal no constituía una parte integral de proceso. El mineral se reducía químicamente empleando carbón vegetal y la masa esponjosa. Resultante se forjaba para darle una consistencia compacta. La técnica de la producción de las altas temperaturas no había avanzado lo suficientemente en una época para hacer posible la fusión del hierro en una escala industrial, aun hoy en día, algunos metales como por ejemplo: el tungsteno, que tienen punto de fusión muy elevados, se producen más convenientemente por métodos de metalúrgica de polvo. Sin embargo, en el grueso de la producción metalúrgica, la fusión y vaciado constituyen los pasos primarios de los procesos de manufactura.

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La introducción de metales tales como el titanio en la esfera de las operaciones metalúrgica, trajo consigo nuevas dificultades a resolver. El titanio fundido reacciona no solamente con la mayor parte de los gases, sino que también ataca a todos los refractarios ortodoxos empleados en los hornos. El método un tanto nuevo de fundir el titanio, por medio de un arco eléctrico 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 composición química y pureza se haya mantenido durante la fusión.

-

Que se encuentre a la temperatura de vaciado correcta.

La obtención de temperatura de vaciado correcta es sumamente importante si se vacía el metal o la aleación 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 numerosos rechupes. El uso de una temperatura de vaciado innecesariamente alta por otra parte puede conducir a una fusión gaseosa y la formación de burbujas en el vaciado resultante.

Durante la fusión pueden ocurrir cambios en la composición de la carga, es probable que esto suceda cuando uno de los ingredientes es volátil a la temperatura de vaciado de la aleación. La fuente más común de impurezas durante un proceso de fusión es el combustible o los productos de la combustión. Según (Ballay) podemos clasificar en cuatro grupos una serie de fundiciones especiales que respondan a necesidades muy variadas: -

Fundición grises y metálicas

-

Fundición blanca especiales

-

Fundiciones refractarias

-

Fundiciones resistentes a la corrosión.

Clasificación de los hornos usado para la fusión:

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Los hornos que se usan para fundir metales y sus aleaciones varían mucho en capacidad y diseño. Varían desde los pequeños 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 fundición queda determinado por los siguientes factores: -

Necesidades de fundir la aleación tan rápidamente como sea posible y elevarla a la temperatura de vaciado requerida.

-

La necesidad de mantener tanto la pureza de la carga, como precisión de su composición.

-

La producción requerida del horno.

-

El costo de operación del horno.

Tipos de hornos usados en fundición: -

El cubilote de fundición.

-

Los hornos de reversos.

-

Hornos rotatorios.

-

Hornos de crisol.

-

Hornos de crisol de tipo sosa.

-

Hornos basculantes.

-

Hornos de aire.

-

Hornos eléctricos. Pueden ser de acero o de inducción.

Convertidores: no es fundamentalmente un horno de fusión, aun cuando se use en la producción de acero para manufactura de vaciado. Punto de fusión aprox. De los metales: Los metales se funden a diferentes temperaturas.

La tabla siguiente muestra los puntos de fusión de los metales más comunes.

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METALES

PUNTO DE FUSION

Estaño

240°C (450°F)

Plomo

340°C (650°F)

Cinc

420°C (787°F)

Aluminio

620°-650°C (1150°-1200°F)

Bronce

880°-920°C (1620°-1680°F)

Latón

930°-980°C (1700°-1800°F)

Plata

960°C (1760°F)

Cobre

1050°C (1980°F)

Hierro fundido

1220°C (2250°F)

Metal monel

1340°C (2450°F)

Acero de alto carbono

1370°C (2500°F)

Acero medio para carbono

1430°C (2600°F)

Acero inoxidable

1430°C (2600°F)

Níquel

1450°C (2640°F)

Acero de bajo carbono

1510°C (2750°F)

Hierro forjado

1593°C (2900°F)

Tungsteno

3396°C (6170°F)

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Vaciados en arena A parte de los metales metalúrgicos formados por métodos en que interviene la metalurgia de polvos, los metales y las aleaciones se funden primero y luego se vacían en un molde de forma predeterminada. En algunos casos, el molde puede ser de forma simple obteniéndose

lingote que subsecuentemente se

laminado o extrusión.

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forma plásticamente por forjado,

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Pasos básicos en un proceso de vaciado de arena: 1. Requiere primero del moldeo en arena de fundición, alrededor de un patrón 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 más partes. 2. En vaciados de formas simples, puede usarse un molde de dos partes, en el que cada mitad está contenida en un marco en forma de caja. Defectos en los vaciados de arena: Los defectos pueden presentarse por fallas técnicas que se pueden clasificar bajo los siguientes encabezados: -

Mala práctica en la fusión.

-

Mala práctica en el vertido.

-

Moldeo pobre.

-

Diseño incorrecto del moldeo, composición 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 fríos.

-

Roturas en calientes.

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Arena y mezcla para moldeo La arena es el material básico 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 producción. 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 través de los depósitos 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 húmeda, 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 extraído este, formará la capa interna del molde.

Arena de relleno: procede de los moldes ya colados y vuelve nuevamente a utilizarse después de preparada para rellenar el molde durante el moldeado.

EQUIPOS Y MATERIALES 

Modelo



Cajas de moldeo



Tabla de Moldeo



Herramientas de moldeo



Talco o grafito



Ductos para bebederos



Arena de Moldeo



Arena para almas

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PROCEDIMIENTO  Primero se selecciona o elabora el modelo a llevar a fundición y se le toma todas medidas que nos permitan hallar el volumen de este.

 Luego se selecciona la caja de acuerdo al tamaño 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 posición 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.

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 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 plástica de la arena y por último llenar la caja con arena de relleno.

 Compactar con los atacadores por los bordes, y luego en el centro de la caja para mantener la caja lo más compacta y rellena posible, luego enrasar con una regla para retirar lo restante si no es posible seguir compactando.  Voltear la caja y colocar la caja superior para ensartar 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. Y se repite el procedimiento tal como en la caja inferior, con sumo cuidado para no mover la mazarota para y estropear el modelo.

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 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 ó las almas si es que las tienen. Luego hacer el conducto de colada y los de las mazarotas.

 Cerrar la caja teniendo cuidado que los indicadores de posición de las cajas coincidan. Y al finalizar, con las agujas respectivas hacer los orificios para ayudar a la permeabilidad.

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 Colocar su caja en la zona de colada para verter el aluminio líquido en la caja de fundición por el bebedero hasta visualizar que su ascenso por la mazarota llegue al tope de la caja de fundición.  Sacar el producto para evaluar los posibles errores y las contracciones en la mazarota.

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CUESTIONARIO 1. Indique que factores afectan la fluidez de un metal fundido, en el proceso de colada La mala plasticidad y colapsibilidad son algunas características que tienen que ver con la mala fluidez del metal fundido. La Plasticidad. Es la propiedad de la arena de fundición de reproducir los detalles mínimos de la forma del modelo y depende de 2 factores: 1.-De la fluencia. Que es la propiedad de la arena para transmitir a toda su masa las cargas aplicadas en su superficie. 2.-De la deformabilidad. Que es la propiedad de la arena de cambiar de forma con suma facilidad, dependiendo del porcentaje de arcilla y del porcentaje de humedad. La Colapsibilidad. Es la propiedad de la arena de soportar concentraciones producidas por efecto de la distorsión y también debido a las acciones mecánicas. 1. Debe permitir un buen acabado. Una arena de granulometría fina da mejor acabado que una arena de granulometría gruesa o basta. 2. Debe ser reusables. Después del desmoldeo deben tener la propiedad de ser usadas nuevamente para la confección de nuevos moldes, cuidando siempre que tenga una buena permeabilidad y las otras cualidades deseables básicas. 2. Indique si la ubicación de los bebederos y mazarota cumplieron su objetivo Se comprobó que la ubicación seleccionada para la mazarota y el bebedero no fueron las adecuadas porque existían rechupes, el inconveniente es que no se consiguió un bebedero de acuerdo al calculado, la mayoría tenían diámetros muy pequeños y no se puso las mazarotas en lugares adecuados. 3. grafique la curva de enfriamiento de su proyecto Para cualquier molde y con el uso de cualquier metal, la curva de enfriamiento generalmente tiene esta forma, pero para nuestro caso el aluminio tiene un punto de fusión de 657 °C, y nuestro tiempo al retirar el modelo de la caja de arena fue de aproximadamente 10 min, la temperatura de vaciado estuvo unos 60 °C por encima del punto de fusión según el técnico de laboratorio y esa misma diferencia de temperatura hay durante el tiempo de solidificación total.

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4. Teniendo en cuenta la temperatura de colada de su proyecto, indique usted si el material estaba sobrecalentado justifique técnicamente su respuesta Cuando se habla de sobrecalentado es el calor desprendido por el material, peo en nuestro caso si fue buena temperatura de colada ya que llegamos a tener una solidificación rápida. 5. Indique el tiempo de solidificación real Se midió el tiempo desde el momento en que se concluye el vertido del aluminio en la colada hasta el momento que cesaron los gases, cuando el ingeniero nos dijo que ya podíamos sacar la pieza fundida, transcurrió aproximadamente 12 min. 6. Identifique las tres fuentes de contracción en su fundición, después de vaciar el metal Las zonas marcadas con rojo en las siguientes imágenes serían las zonas calientes del proyecto, debido a que acumulan mayor masa y el metal ingresante se acumulará por más tiempo en esas zonas, haciendo que la solidificación y enfriamiento tarden relativamente más tiempo que el resto del modelo.

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7. Teniendo en cuenta los valores obtenidos en la pieza fundida, indique usted si el coeficiente de contracción utilizado en sus cálculos es el correcto, de no ser así calcule

el coeficiente de contracción real, hallando la relación matemática

apropiada

Teóricamente el coeficiente de contracción real oscila entre 5-7%, pero para el cálculo del coeficiente de contracción real del proyecto se tiene que tener en cuenta como volumen total al modelo junto con la mazarota y el vertedero (de diámetro 5 cm y altura 18 cm), si tomar en cuenta la como contracción la ocurrida en la mazarota y vertedero e incluir el rechupe ocurrido en el modelo. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑀𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 = 822.02 𝑐𝑐 𝜋 × ∅2 × ℎ 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑀𝑎𝑧𝑎𝑟𝑜𝑡𝑎 = 2 × = 706.857 𝑐𝑐 4 𝑉𝑒𝑟𝑡𝑒𝑑𝑒𝑟𝑜 Por la dificultad de medir la contracción en la mazarota y el vertedero, la altura contraída fue de aproximadamente 6 cm en el vertedero y 5 cm en la mazarota, pero aproximadamente al 60% de su diámetro.

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

𝜋 × (0.6∅)2 × (6 + 5) = 77.75 𝑐𝑐 4

75.75 𝑐𝑐 = 4.954% 822.02 𝑐𝑐 + 706.857 𝑐𝑐 Estos datos son aproximaciones y estimaciones dadas ya que no se alcanzo tomar bien las medidas y esto es sin considerar el rechupe ocurrido en la parte superior del modelo, debido a que fui imposible calcular medidas de la zona. %𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 =

8. Califique usted la calidad de la pieza en función de la rugosidad, la relación de incrustación de la arena, los defectos observados indicando la causa y la solución La causa más probable sería que hubo un error en la selección del tamaño de la mazarota y vertedero, haciendo que el metal al ingresar de manera limitada al molde, evite que se llene completamente hasta el momento de solidificarse, haciendo un rechupe en la parte superior. Pero si ese no fue la causa, el segundo posible error fue la falta de una mazarota ciega para evitar el rechupe en la superficie del modelo y se origine este fallo en la mazarota ciega. Y la tercera posible falla es la compactación que hizo que haya mayo incrustación de arena.

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OBSERVACIONES  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 áspera 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 límite 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 perforación y producir lo que se conoce como “cola de ratón”.  Debe presionarse bien la arena a fin de que esta esté bien compacta y no se desmorone.  Debe elegirse el lugar de la mazarota lo más cerca posible a la cavidad, sin tocarla, para evitar rechupes.  El canal de la mazarota a la cavidad no debe ocupar mucha área de esta para facilitar la extracción de las mazarotas.

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CONCLUSIONES 

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Al finalizar el proceso de fundición y moldeo, nos percatamos de un rechupe en nuestro proyecto, esto fue debido a un mal posicionamiento de las mazarotas o por una errónea selección del tamaño de estas. Pero otra posible causa, debe ser la falta de una mazarota ciega en la zona caliente. También influye rotundamente la selección de la caja, esto es con los datos previos a la experiencia con las medidas tomadas con anterioridad. Es importante conocer dimensiones como el volumen, área superficial y las zonas calientes del modelo, así como la posición de las mazarotas y su diámetro. Se debe respetar de manera estricta todo el procedimiento para ambas cajas, esto es debido a que todos los pasos son necesarios y el error en alguno de ellos generan diferentes defectos en el proyecto al finalizar la colada. Para terminar, al retirar el modelo de la caja después del enfriamiento de la fundición, se debe tener mucho cuidado y golpear la caja de costado sobre la arena para retirar el modelo, tomando las medidas de seguridad para evitar cualquier accidente dentro del laboratorio.

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